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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
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