Aula 02 de equilíbrio químico

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO 
Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia – CCET 
São Luís - MA
2018.2
Prof.ª Julianna Farias
Centro de Ciências Agrárias e Ambientais − CCAA
2
Equilíbrio Químico
Reações irreversíveis: ocorrem completamente.
Reações reversíveis: as
reações direta e inversa
ocorrem simultaneamente.
C + O2 → CO2
Reação inversa:
3
LEI DA AÇÃO DAS MASSAS
A + B  C + D Considerando a reação:
Constante da velocidade 
da reação
Reação direta:
A lei da ação das massas diz que “a velocidade de uma reação
química, a temperatura e pressão constantes, é diretamente
proporcional às concentrações dos reagentes.”
Lei do equilíbrio químico: A uma dada temperatura o valor da
expressão da lei da ação das massas para uma certa reação em
equilíbrio é uma constante.
A + B → C + D 
C + D →A + B
4
CONSTANTE DE EQUILÍBRIO
aA + bB  cC + dD
De forma mais generalizada, temos:
[ ] Concentração em mol/L
Exemplo:
5
O ESTADO DE EQUILÍBRIO
CO2(g) + H2(g)  CO(g) + H2O(g)
Suponha que certa quantidade de CO2 e H2 estão contidos
em um recipiente e que dispomos de um instrumento que nos
permita acompanhar esta reação:
No tempo t0:
A partir do tempo t1:
No tempo t3: EQUILÍBRIO
CO2(g) + H2(g)  CO(g) + H2O(g)
CO(g) + H2O(g)  CO2(g) + H2 (g)
6
EQUILÍBRIO QUÍMICOEstado no qual as velocidades das reações direta e inversa se
igualam.
Todas as reações tendem a alcançar o equilíbrio químico.
CARACTERÍSTICAS DO ESTADO DE EQUILÍBRIO:
1) O equilíbrio químico é dinâmico.
Reagentes  Produtos
Produtos  Reagentes
2) Sistemas tendem a atingir o estado de equilíbrio
espontaneamente.
3) Reversibilidade – a natureza das propriedades do estado
de equilíbrio são iguais, não importa a direção a partir da qual ele é
atingido.
7
1. Para reações químicas na fase gasosa que usam 
pressões parciais: Kp
2. Dissociação da água: constante de dissociação da 
água, Kw
3. Dissociação de ácidos: constante de dissociação de 
ácidos, Ka
4. Reações de base com a água: constante de 
dissociação de bases, Kb
5. Solubilidade de precipitados: produto de solubilidade, 
Kps
NOMES ESPECÍFICOS PARA A CONSTANTE DE EQUILÍBRIO:
8
Um químico misturou nitrogênio e hidrogênio e os deixou
reagir a 500 K até a mistura atingir o equilíbrio com o
produto final, amônia. Quando analisou a mistura,
encontrou 0,796 mol L-1 de NH3, 0,305 mol L
-1 de N2 e 0,324
mol L-1 de H2 no equilíbrio, na mesma temperatura. Qual é
a constante de equilíbrio (Kc) para a reação?
EXERCITANDO:
9
EXEMPLO 2: 
Em determinadas condições de temperatura e pressão,
existe 0,5 mol / L de N2O4 em equilíbrio com 2,0 mol/ L
de NO2, segundo a reação:
N2O4(g) ↔ 2 NO2(g). 
Calcule a constante de equilíbrio.
10
Uma reação química atinge o equilíbrio químico quando:
a. ocorre simultaneamente nos sentidos direto e inverso.
b. as velocidades das reações direta e inversa são iguais.
c. os reagentes são totalmente consumidos.
d. A temperatura do sistema é igual à do ambiente.
e. a razão entre as concentrações de reagentes e
produtos é unitária.
EXERCITANDO:
11
1. Keq > 1: predomínio de PRODUTOS no equilíbrio;
2. Keq= 1: os REAGENTES e PRODUTOS estão
presentes no equilíbrio em QUANTIDADES IGUAIS;
3. Keq < 1: predomínio de REAGENTES no equilíbrio.
CONSTANTE DE EQUILÍBRIO:
A constante de equilíbrio é a razão entre os 
produtos e reagentes no equilíbrio químico, 
consequentemente:
RESUMINDO:
12
CONSTANTE DE EQUILÍBRIO:
13
Suponha que, em uma mistura em equilíbrio de HCl, Cl2 e
H2, a concentração de H2 seja 1,0x10
-11 mol/L e que a do Cl2
seja 2,0x10-10 mol/L. Qual é a concentração molar de HCl,
no equilíbrio, a 500k, dado Kc = 4,0x1018 ?
H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g)
EXERCITANDO:
Resposta: [HCl] = 0,089 mol/L 
14
EQUILÍBRIO HOMOGÊNEO E HETEROGÊNEO
Homogêneos: só uma fase.
3H2(g) + N2(g) ↔ 2NH3(g)
Heterogêneos: várias fases.
CaCO3(s)  CaO(s) + CO2(g)
pCO2 = concentração de CO2 em bar ou atm na fase gasosa
[CaO] e [CaCO3] = concentração numa fase sólida
15
QUOCIENTE DE UMA REAÇÃO E CONSTANTE DE 
EQUILÍBRIO
Quociente da reação
aA + bB  cC + dD
Antes do equilíbrio ou após uma
pertubação.
No equilíbrio
16
QUOCIENTE DE UMA REAÇÃO E CONSTANTE DE 
EQUILÍBRIO
Quociente da reação
Q < Keq → Sistema evolui no
sentido da reação direta;
Q > Keq → Sistema evolui no
sentido da reação inversa.
Q= Keq → Sistema em equlíbrio;
CO2(g) + H2(g)  CO(g) + H2O(g)
No tempo t0:
A partir do tempo t1:
No tempo t3: EQUILÍBRIO
CO2(g) + H2(g)  CO(g) + H2O(g)
CO(g) + H2O(g)  CO2(g) + H2 (g)
17
Uma mistura de H2, N2 e NH3 com concentrações molares
de 3,0x10-3 mol/L, 1,0x10-3 mol/L e 2,0x10-3 mol/L,
respectivamente, foi preparada e aquecida até 500k, nessa
temperatura Kc = 62 para reação. Decida se a amônia
tende a se formar ou a se decompor.
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
EXERCITANDO:
Resposta: Qc = 1,5x105, tende a se decompor
18
Em um experimento misturou-se 0,500 mol/L de N2 e 0,800
mol/L de H2 e deixou atingir o equilíbrio com o produto,
amônia. No equilíbrio, a uma certa temperatura, a
concentração de NH3 era de 0,150 mol/L. Calcule a
constante de equilíbrio Kc para esta reação nessa
temperatura.
Calculando a constante de equilíbrio para uma reação:
Resposta: Kc = 0,278
19
Pentacloreto de fósforo, PCl5, decompõe-se em tricloreto de
fósforo e cloro e atinge o equilíbrio PCl5(g) PCl3(g) +
Cl2(g), para o qual Kc = 1,80 a 500K. Se inicialmente PCl5
puro está presente em uma concentração de 0,300 mol/L,
qual é a sua concentração molar no equilíbrio.
Calculando a composição no equilíbrio:
Resposta: [PCl5]eq = 0,038 mol/L
20
PERTURBAÇÃO DE UM EQUILÍBRIO
Princípio de Le Châtelier
“Se uma perturbação é aplicada a um sistema em 
equilíbrio, o equilíbrio irá se alterar para reduzir o efeito 
da perturbação”.
Fatores que 
afetam o 
EQUILÍBRIO de 
uma reação
Concentração
Temperatura
Pressão
21
EFEITO DA CONCENTRAÇÃO
Adição de um constituinte: quando adicionamos um constituinte a um
sistema reacional em equilíbrio químico, o equilíbrio será deslocado no
sentido de consumir o constituinte adicionado.
Q < Keq → Sistema evolui no
sentido da reação direta;
22
EFEITO DA CONCENTRAÇÃO
Remoção de um constituinte: quando removemos um constituinte de
um sistema reacional em equilíbrio químico, o equilíbrio será deslocado
no sentido de produzir o constituinte removido.
Q > Keq → Sistema evolui no
sentido da reação inversa.
23
Suponha que a mistura em equilíbrio no exemplo anterior
seja perturbada pela adição de 0,200 mol/L de Cl2(g), então
o sistema será mais uma vez deixado para que atinja o
equilíbrio. Calcule a nova composição do equilíbrio.
Calculando a composição no equilíbrio:
24
EFEITO DA TEMPERATURA
para toda reação reversível, caso a reação direta seja
exotérmica a reação inversa será endotérmica, e vice-versa.
Aumento de temperatura do sistema: o equilíbrio se desloca para a 
REAÇÃO ENDOTÉRMICA.
Diminuição de temperatura do sistema: o equilíbrio é deslocado 
para a REAÇÃO EXOTÉRMICA.
ΔH = (-)
Desprendimento de calor
ΔH = (+)
Absorção de calor
Exotérmica, ∆H= -
Endotérmica, ∆H= +
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)
25
EFEITO DA PRESSÃO
N2O4 (g)  2NO2(g)
Aumento da pressão:  N2O4 (g)
Diminuição da pressão:  2NO2 (g)
Em geral, um aumento de pressão favorece a reação em que há
uma diminuição do número total de moles de gases (reação inversa,
neste caso)
Uma diminuição da pressão favorece a reação em que há uma
aumento do número totalde moles de gases (neste caso, a reação
direta).
26
CATALISADORES
A presença de catalisadores pode abreviar o tempo necessário
para que um sistema alcance o estado de equilíbrio, no entanto, em
nenhuma circunstância, poderá afetar a constante de equilíbrio da
reação considerada.