08-06-14 Equilíbrio Químico

Prévia do material em texto

EQUILÍBRIO
QUÍMICO
Os reagentes e produtos das reações reversíveis
são separados por uma dupla seta 
PROCESSOS REVERSÍVEIS
São processos que reagentes e produtos
são consumidos e produzidos ao mesmo tempo 
ÁGUA
H2O(l) H2O(v)
Reações e Equilíbrio
2H2(g) + O2(g) → 2 H2O(g)
2H2(g) + O2(g) 2 H2O(g)
Algumas reações parecem gastar todos os reagentes:
No entanto permanecem pequenas quantidades, sendo
mais correto escrever:
™Todas as reações tendem a alcançar o equilíbrio químico.
™Quando as velocidades das reações direta e inversa forem 
iguais e as concentrações dos reagentes e dos produtos não 
variarem com o tempo, atinge-se o equilíbrio químico.
™O que existe, na verdade, são duas reações opostas que 
ocorrem com a mesma velocidade (equilíbrio dinâmico).
™O equilíbrio químico não é alcançado instantaneamente.
™Duas condições são fundamentais para que se estabeleça o 
equilíbrio químico:
i – sistema seja fechado.
ii – temperatura e pressão sejam mantidos constantes.
LEI DA AÇÃO DAS MASSAS
A velocidade de uma reação química é diretamente proporcional a 
concentração dos reagentes e a temperatura.
Consideremos a seguinte reação :
aA + bB cC + dD
Onde a, b, c e d são os coeficientes estequiométricos das espécies A, B, C e D.
[ ]AV ∝1
[ ]BV ∝1 [ ][ ]BAV .1 ∝ [ ][ ]BAKV ..1 =
to : reagentes A+B
V1
t2: o equilíbrio estabelecido, formação de C+D é compensada pela
formação de A+B 
A+B C+D
No Equilíbrio V1 = V2
t1 : reagentes A+B diminuiram, foram gastos parcialmente e houve
formação de alguns produtos C+D.
aA + bB → cC + dD
[ ]CV ∝2
[ ]DV ∝2 [ ][ ]DCV .2 ∝ [ ][ ]DCKV ..2 =
Uma vez que as reações são reversíveis:
aA + bB cC + dDV2
CONSTANTE DE EQUILÍBRIO EM TERMOS DE 
CONCENTRAÇÃO MOLAR
Vamos considerar uma reação reversível genérica 
aA + bB cC + dD
2
1
No equilíbrio teremos:
V 1 = V 2a
bK1 [ A ] [ B ] c dK2 [ C ] [ D ]
Isolando-se as constantes =
a b[ A ] [ B ]
c d[ C ] [ D ]K1
K2
KC
I. O valor de KC depende da reação considerada e da temperatura.
III. A constante de equilíbrio é tratada como um número puro, 
isto é, sem unidades.
IV. Líquidos e sólidos puros, que não fazem parte da solução, 
não constam da expressão da constante de equilíbrio.
II. O valor de KC independe das concentrações iniciais dos 
reagentes.
OBSERVAÇÕES
N2O4(g) 2NO2(g)
REAÇÃO DIRETA 
REAÇÃO INVERSA 
reação DIRETA e reação INVERSA 
vd
vi 
No início da reação a velocidade direta é máxima 
No início da reação a velocidade inversa é nula 
velocidade
tempo
com o passar do tempo 
Vd = Vi
te 
Neste instante a reação atingiu o equilíbrio químico 
No momento em que a reação química atinge o
EQUILÍBRIO QUÍMICO 
as concentrações dos seus participantes permanecem constantes
concentração
tempo
te
N2O4(g)
NO2(g)
N2O4(g) 2 NO2(g)
Variação das concentrações de NO2 e N2O4 ao 
longo do tempo
[ ]
[ ] 342
2
2 1063,4 −×==
ON
NOK
t0 : só está
presente NO2
t0: só está
presente N2O4
t0: está presente 
mistura de NO2 e N2O4
N2O4(g) 2 NO2(g)
incolor Castanho
Sobre equilíbrio químico:
¾Ao atingir o estado de equilíbrio, a concentração de cada 
substância do sistema permanece constante. 
¾Uma reação é reversível quando se processa simultaneamente nos 
dois sentidos. 
¾Todas as reações reversíveis caminham espontaneamente para o 
estado de equilíbrio. 
¾Uma reação reversível atinge o equilíbrio quando as velocidades 
das reações direta e inversa se igualam. 
¾O equilíbrio das reações é dinâmico 
N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)
=
[ N2 ] [ H2 ] 3
[ NH3 ]
2
KC
2 H2(g) + O2(g)2 H2O(g)
=
[ O2 ][ H2 ] 2
[ H2O ] 2
KC
01) Na equação abaixo, após atingir o equilíbrio químico, podemos
concluir a respeito da constante de equilíbrio que:
aA + bB cC + dD
a) Quanto maior for o valor de Kc, menor será o rendimento da 
reação direta.
b) Kc independe da temperatura.
c) Se as velocidades das reações direta e inversa forem iguais, 
então K2 = 0.
d) Kc depende das molaridades iniciais dos reagentes.
e) Quanto maior for o valor de Kc, maior será a concentração dos 
produtos.
1
2
02) Medidas de concentração para o sistema abaixo, em equilíbrio, a 
uma certa temperatura forneceram os seguintes resultados:
Determine a constante de equilíbrio da reação nestas condições.
[ H2 ] = 0,10 mol/L
[ I2 ] = 0,20 mol/L
[ HI ] = 1,0 mol/L
H2(g) + I2(g) 2 HI(g)
=
[ H2 ] [ I2 ]
[ HI ] 2
KC
x(0,10) (0,20)
( 1,0 )
=
1,0
0,02 KC = 50KC = 50
03) Temos representado no gráfico abaixo as concentrações dos reagentes
e dos produtos de uma mesma reação do tipo:
A + B C + D
Ocorrendo no sentido à direita a partir do zero. 
Tem-se sempre [A] = [B] e [C] = [D], estando estes valores representados 
no gráfico. A constante de equilíbrio da reação será igual a:
2
4
6
8
10 [ ]
caminho da reação
a) 16.
b) 1/4.
c) 4.
d) 5.
e) 1/16.
=
[ C ]KC 8x [ D ]
[ A ] x [ B ]
8
4416
64
KC = 4
04) Foram colocados em um recipiente fechado, de capacidade 2,0 L, 6,5 mol
de CO e 5 mol de NO2. À 200°C o equilíbrio foi atingido e verificou-se que
haviam sido formados 3,5 mol de CO2. 
Podemos dizer que o valor de Kc para o equilíbrio dessa reação é:
a) 4,23.
b) 3,84.
c) 2,72.
d) 1,96.
e) 3,72.
= KC [ CO2 ] [ NO ] 
[ CO ] [ NO2 ] 
x
x
1,75
1,50 0,75
CO + NO2 CO2 + NO
início
reage / produz
equilíbrio 3,5 3,5 
3,5 3,5 
3,0 1,5 
6,5 5,0 
3,5 3,5 
0,0 0,0 
[ NO ] = 
3,5 
2,0 
= 1,75 M 
[ CO ] = 
3,0 
2,0 
[ NO2 ] = 
1,5 
2,0 
= 0,75 M 
[ CO2 ] = 
3,5 
2,0 
= 1,75 M 
= 1,50 M 
1,75= KC x
x
3,0625
1,125
= KC KC = 2,72
05) Em um recipiente de 400 mL são colocados 2 mols de PCl5 gasoso a
uma determinada temperatura. Esse gás se decompõem segundo a
reação química abaixo, e, o equilíbrio foi alcançado quando 20% do
pentacloreto de fósforo reagiram ( % em mols ). A constante de equilíbrio,
Kc, nessas condições, vale:
a) 4,0.
b) 1,0.
c) 0,5.
d) 0,25.
e) 0,025.
PCl5 PCl3 + Cl2
início 2,0 0,0 0,0 
reage / produz 0,4 
Reage : n = 0,2 x 2 = 0,4 mol
0,4 0,4 
0,4 0,4 1,6 equilíbrio
[ PCl5 ] 
[ PCl3 ] 
[ Cl2 ] 
= 0,4
0,4 
= 1,0 M
= 0,4
0,4 
= 1,0 M
= 1,6
0,4 
= 4,0 M
= KC x
[ PCl5 ] 
[ PCl3 ] [ Cl2 ] 1,0 x 1,0
4,0
= 
= KC
4,0
1,0
KC = 0,25
Considere um sistema em equilíbrio químico, com as substâncias A, B, C e D.
A + B C + D
Se, por algum motivo, houver modificação em uma das velocidades, 
teremos mudanças nas concentrações das substâncias
Esta modificação em uma das velocidades ocasiona o que denominamos 
de DESLOCAMENTO DO EQUILÍBRIO
que será no sentido da MAIOR VELOCIDADE
DESLOCAMENTO DE EQUILÍBRIO
A + B C + D
v1
v2
Equilíbrio inicial
Aumentando v1, 
o deslocamento é para a direita
A + B C + D
v1
v2
Aumentando v2, 
o deslocamento é para a esquerda
A + B C + D
v1
v2
Porém, após certo tempo, a reação volta a estabelecer 
um novo equilíbrio químico, mas com valores de 
concentrações e velocidades diferentes das iniciais 
O químico Henri Louis Le Chatelier propôs um 
princípio que afirma:
“Quando um sistema em equilíbrio sofre algum tipo
de perturbação externa, ele se deslocará no sentido de 
minimizar essa perturbação,
a fim de atingir novamente uma situação de equilíbrio” .
É possível provocar alteração em um equilíbrio químico por:
Æ variações de temperatura.
Æ variações de concentração dos participantes da reação.
Æ Pressão total sobre o sistema.
TEMPERATURATEMPERATURAObservando 
a reação:
incolor
H < 0N2O4(g)2 NO2(g)
EXOTÉRMICA
ENDOTÉRMICACastanho
avermelhado
Balão a 100°C
Cor interna é
CASTANHO-AVERMELHADO
Balão a 0°C
Cor interna é INCOLOR
Podemos observar que o 
aumento da temperatura favorece a reação que é ENDOTÉRMICA, 
e a
redução da temperatura favorece a reação que é EXOTÉRMICA
Podemos generalizar dizendo que um(a) ...
AUMENTO DE TEMPERATURA
desloca o equilíbrio no
SENTIDO ENDOTÉRMICO
DIMINUIÇÃO DE TEMPERATURA
desloca o equilíbrio no
SENTIDO EXOTÉRMICO
Vamos analisar o equilíbrio abaixo:
Cr2O7
1
2 2 H
2 – + H2O 2 CrO4 2 – + +
alaranjada amarela
O acréscimo de uma base deixa a solução amarela, 
deslocando
o equilíbrio para a direita 
O acréscimo de um ácido deixa a solução alaranjada, 
deslocando
o equilíbrio para a esquerda 
CONCENTRAÇÃOCONCENTRAÇÃO
Podemos generalizar afirmando que um(a) ...
AUMENTO DE CONCENTRAÇÃO
desloca o equilíbrio no
SENTIDO OPOSTO
da espécie química adicionada
DIMINUIÇÃO DE CONCENTRAÇÃO
desloca o equilíbrio no mesmo
MESMO SENTIDO
da espécie espécie retirada
Alterações de pressão influenciam em equilíbrios que
possuem espécies químicas no estado gasoso.
Considere a reação química em equilíbrio abaixo 
N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3 (g)
4 volumes 2 volumes 
o AUMENTO DE PRESSÃO
sobre o sistema desloca o equilíbrio químico 
no sentido do MENOR VOLUME na fase gasosa 
a DIMINUIÇÃO DE PRESSÃO
sobre o sistema desloca o equilíbrio químico
no sentido do MAIOR VOLUME na fase gasosa 
PRESSÃOPRESSÃO
01) Considere a reação em equilíbrio químico:
N2(g) + O2(g) 2 NO(g)
É possível deslocá-lo para a direita:
a) Retirando o N2 existente.
b) Removendo o NO formado.
c) Introduzindo um catalisador.
d) Diminuindo a pressão, à temperatura constante.
e) Aumentando a pressão, à temperatura constante.
02) Temos o equilíbrio:
Queremos aumentar a concentração de CO2(g) nesse equilíbrio.
Para isso ocorrer, devemos:
a) Aumentar a pressão sobre o sistema.
b) Diminuir a pressão sobre o sistema.
c) Adicionar H2(g) ao sistema.
d) Retirar H2O(g) do sistema.
e) Adicionar CO(g) ao sistema.
CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)
03) O equilíbrio gasoso representado pela equação : 
N2(g) + O2(g) 2 NO(g) – 88 kj
É deslocado no sentido de formação de NO(g), se :
a) a pressão for abaixada.
b) N2 for retirado.
c) a temperatura for aumentada.
d) for adicionado um catalisador sólido ao sistema.
e) o volume do recipiente for diminuído.
04) Nitrogênio e hidrogênio reagem para formar amônia segundo a
equação:
Se a mistura dos três gases estiver em equilíbrio, qual o efeito, 
em cada situação, sobre a quantidade de amônia, se provocar
N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) + 22 kcal
I. Compressão da mistura. aumentaaumenta
II. Aumento de temperatura. diminuidiminui
III. Introdução de hidrogênio. aumentaaumenta
a) aumenta, aumenta, aumenta. 
b) diminui, aumenta, diminui. 
c) aumenta, aumenta, diminui. 
d) diminui, diminui, aumenta. 
e) aumenta, diminui, aumenta. 
Kp : Constante de equilíbrio gasoso
Nas reações em fase gasosa, as concentrações dos reagentes e 
dos produtos também podem ser expressas em termos das suas 
pressões parciais.
Para o seguinte sistema em equilíbrio:
N2O4(g) ⇔ 2 NO2(g)
Podemos escrever
Onde PNO2 e PN2O4 são respectivamente, as pressões parciais 
(em atm) de NO2 e N2O4 no equilíbrio.
KP significa que as concentrações de equilíbrio estão expressas 
em termos de pressão.
42
2
ON
NO
2
P
P=PK
Relação entre KC e KP
n
cP RTKK
∆= )(
Em que :
R = 0,0821 L.atm/K. mol
∆n = moles de produtos no estado gasoso – moles de reagentes no 
estado gasoso