Relatório de Química Experimental - Equilíbrio químico (Experimento 7) - (UFF-VR)

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EQUILIBRIO QUÍMICO
INTRODUÇÃO
As reações químicas podem ocorrer de diferentes formas, algumas ocorrem completamente, ou seja, todo o reagente é consumido durante o processo, se transformando no produto, sendo as reações deste tipo, denominadas irreversíveis. No entanto, há casos em que a reação ocorre simultaneamente nos dois sentidos, o que significa que ao mesmo tempo em que os reagentes se transformam em produto, os produtos se transformam em reagentes. Essas reações são conhecidas como reações reversíveis.
As reações ocorrem em ambos os sentidos da equação até que em dado momento, elas se contrabalançam e o sistema permanece como se nenhuma reação estivesse ocorrendo, o que significa que os reagentes e os produtos se manterão inalterado, exceto com alguma intervenção, o que se denomina uma reação em estado de equilíbrio. Esse estado é caracterizado pelas velocidades das reações direta e inversa, onde a primeira diminui ao longo do tempo e a outra aumenta, até alcançarem em dado tempo, a mesma velocidade, como se pode observar na figura 1. As reações continuam ocorrendo, entretanto não visíveis a olho nu, pois na mesma medida que se forma produto, está se formando o reagente, tendo assim um equilíbrio dinâmico.
Figura 1. Velocidades da reação até atingir o equilíbrio.
Fonte: FELTRE, 2004, p.181
Tem-se seguindo a Lei da ação das massas, para o equilíbrio químico, que a constante de equilíbrio em função das concentrações em mol/L é o produto das concentrações dos produtos da reação dividido pelo produto das concentrações dos reagentes, todas elevadas a expoentes iguais aos seus coeficientes na equação química considerada, ou seja:
É possível perturbar o equilíbrio, alterando a constante de equilíbrio, através de aumento ou diminuição da concentração das substâncias, de temperatura ou de pressão, o que faz com que altere a velocidade da reação direta ou inversa, provocando mudanças nas concentrações, estabelecendo um novo estado de equilíbrio. (FELTRE,2004). Este novo estado de equilíbrio é alcançado pois, segundo o Principio de Châtelier, de 1884, quando um sistema em equilíbrio químico é sujeito a qualquer perturbação, este tende a se ajudar de modo a reduzir esses efeitos, restabelecendo assim o equilíbrio. (RUSSELL, 2008).
OBJETIVO
Observar alguns fatores que influenciam no deslocamento do equilíbrio químico de uma reação, como concentração e temperatura, demonstrando praticamente e analisando assim o caráter reversível de algumas reações químicas.
	
MATERIAIS E METODOS
Materiais Utilizados
- Dicromato de potássio à 0,1M
- Cromato de potássio à 0,1M
- Hidróxido de sódio à 1M
- Acido clorídrico à 1M
- Nitrato de prata
- Amônia à 2M
- Solução de cloreto de cobalto
- 5 tubos de ensaio
- Pipeta volumétrica
- Béquer contendo água aquecida
- Béquer contendo água gelada
Metodologia
Nas três reações ocorridas é importante observar o estado dos materiais utilizados, se não contaminados e se estão devidamente limpos, identificando posteriormente os tubos de ensaio a ser utilizados. Trata-se de analises qualitativa, portanto os volumes podem ser alterados, acrescentando-os até que ocorra a reação esperada.
a) Em um tubo de ensaio acrescenta-se cerca de 2 ml da solução de dicromato de potássio (K2Cr2O7) e em um segundo tubo acrescenta-se a mesma quantidade de cromato de potássio (K2CrO4). Com o auxilio de uma pipeta, acrescenta-se no primeiro tubo uma solução da base hidróxido de sódio (NaOH) até que seja observada a sua reação, anotando assim os resultados. Repete-se o procedimento com o segundo tubo, no entanto, acrescentando agora, a solução de ácido clorídrico (HCl), observando e registrando a reação ocorrida.
b) Utilizando um terceiro tubo de ensaio, adiciona-se a solução de nitrato de prata (AgNO3) e, em seguida, algumas gotas de ácido clorídrico (HCl). Após observar a reação ocorrida entre os dois reagentes, adiciona-se, gota a gota, uma solução contendo amônia. Desta forma uma nova reação irá ocorrer e deve ser analisada e registrada.
c) Adicionam-se em dois tubos de ensaio, quantidades aproximadas da solução de cloreto de cobalto (CoCl2). Previamente, enchem-se dois béqueres com água, aquecendo o liquido do primeiro até aproximadamente 60ºC, para melhor visualizar a reação, e no outro acrescentar gelo, para que a temperatura reduza. Um tubo de ensaio deve ser colocado dentro de cada béquer, deixando em repouso até que as reações comecem a ocorrer, sendo registradas para analise.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Durante o primeiro experimento foi observado que, ao se adicionar hidróxido de sódio ao dicromato de potássio, este mudava sua cor do alaranjado para o amarelo. E adicionando ácido clorídrico ao cromato de potássio, este mudou do amarelo para o alaranjado, como observado nas figuras 2 e 3. Desta maneira, concluiu-se que o íon cromato – responsável pela cor da solução – reage com o H+ do ácido, resultando no íon dicromato; e o íon dicromato, ao reagir com a hidroxila da base, resulta no íon cromato. Portanto o pH do meio influencia no equilíbrio desta reação que desloca-se a fim de voltar ao equilíbrio, mudando a cor da solução.
 
Figura 2 – na esquerda, a solução de dicromato de potássio e à direita, cromato de potássio.
Figura 3 – as soluções após as adições de NaOH e HCl, respectivamente.
Durante o segundo experimento, formou-se, na reação entre o nitrato de prata e o ácido clorídrico, um precipitado branco de aspecto leitoso, característico dessa reação. Após adicionar o hidróxido de amônio, o volume do precipitado começou a diminuir, indicando que a reação estava se deslocando no seu sentido inverso. Entretanto, diferentemente do esperado, a solução não se dissolveu completamente, sobrando pouca quantidade de precipitado no fundo do tubo de ensaio, no qual, independente do volume de hidróxido de amônio adicionado, não desaparecia. Essa anormalidade pode ter ocorrido devido a algum contaminante em um dos reagentes ou até mesmo no próprio tubo de ensaio.
No último, observou-se a influência da temperatura no equilíbrio químico, para isso, foi utilizada uma solução de cloreto de cobalto alcoólico, que segue a seguinte equação química:
azul rosa
Quando o tubo de ensaio foi inserido no béquer com água quente, aquecendo a solução, que anteriormente possuía uma tonalidade rosa, como pode ser observado na figura 4, esta foi escurecendo, tornando-se roxa até adquirir a tonalidade azul escura, evidenciando que a reação estava ocorrendo em seu sentido inverso. Quando resfriada, no entanto, continuou na tonalidade rosa, entretanto ficando mais clara. Desta maneira, pode-se concluir que o sentido direto desta reação é exotérmico e seu sentido inverso, endotérmico. A mudança da coloração pode ser observada na figura 5.
Figura 4 – solução de cloreto de cobalto alcoólico em temperatura ambiente
Figura 5 – à esquerda a solução aquecida e à direita, resfriada
CONCLUSÃO
Por meio da realização dos experimentos, conclui-se que uma reação em estado de equilíbrio químico permanece em equilíbrio, quando não há interferências externas que pertubem o sistema. Dessa forma, quando o sistema é pertubado, este tende a se mover para alcançar o equilíbrio, diminuindo a ação de agentes externos, comprovando o Princípio de Le Chantelier.
Assim como observado nas práticas experimentais, existem fatores que interferem no estabelecimento do equilíbrio, que podem ser notados pela mudança de cor de um sistema observado, gerada pela adição de reagente no sistema ou aumento da temperatura.
Os experimentos foram válidos para determinar do princípio de Le Chatelier e as interferências causadas por agentes externos no equilíbrio químico.
REFERÊNCIAS
RUSSEL, J. B. Química Geral 2º ed. V. 1, São Paulo: Pearson Makron Books, 2008.
FELTRE, Ricardo. Química Geral 6ª ed. V. 2. São Paulo. Moderna, 2004.
MAHAN, Bruce M., MYERS, RollieJ. Química um curso universitário 11ª edição. V1. São Paulo: blucher, 1995
Brasil Escola. Variação de entalpia nas reações. Disponível em: <http://www.brasilescola.com/quimica/variacao-entalpia-nas-reacoes.htm> Acesso em: 07 set 2014.
ANEXO
Respostas questões pós-laboratório:
Quais as cores do íon cromato? E do íon dicromato?
As cores dos íons dicromato e cromato são, respectivamente, laranja e amarela.
Qual observação é uma evidência de que a reação é reversível?
Uma reação é dada como reversível quando, ao mesmo tempo em que está se formando produto, o produto também forma as substâncias dos reagentes.
Explique, com base na lei de Le Chatelier, como o equilíbrio da reação cromato dicromato é afetado com a adição de um ácido.
O princípio de le chátelier Estabelece que a posição do equilíbrio sempre mudará na direção que minimize a ação de uma força externa aplicada ao sistema. Visualizando a equação da reação, observa-se que ao adicionar ácido clorídrico no sistema aumenta-se a concentração de H+, pelo princípio de le chátelier, o sistema minimiza Visa minimizar essa influência externa, assim deslocando o equilíbrio para a esquerda aumentando a produção de dicromato de potássio.
Idem, com a adição de uma base.
No caso do hidróxido de sódio o contrário do caso anterior é observado pois esse reage com os íons H+, assim reduzindo sua concentração, logo o equilíbrio e deslocado para a direita, aumentando a produção de cromato de potássio.
Escreva a expressão matemática para a constante de equilíbrio das reações estudadas.
A expressão matemática da constante de equilíbrio pode ser dada pelo produto das concentrações dos reagentes no equilíbrio elevados aos seus respectivos coeficientes estequiométrico, dividido pelo produto das concentrações dos produtos no equilíbrio elevados aos seus respectivos coeficientes estequiométrico (MAHAN, MYERS, 1995). Assim chega-se a expressão:
 
Apesar de haver muitas espécies envolvidas nas reações do item 2.1.b, somente uma delas é visível. Qual é esta espécie, e por que é a única que pode ser visualizada?
A substância responsável pela coloração esbranquiçada é o sal cloreto de prata, sal não solúvel em água. Pois como as outras espécies envolvidas no processo são solúveis em água e assim não podem ser identificadas sem usos de instrumentos.
O que foi observado com a adição de NH3 no item (c)? Como pode ser explicada a partir da lei de Le Chatelier?
Ao se adicionar o hidróxido de amônia a solução, esse reage com os átomos insolúveis de Ag+, formando o complexo solúvel diamin-prata [Ag(NH3)2]+. Pelo princípio de Le Chatelier, a redução na concentração de íons de Ag+, desloca o equilíbrio para a esquerda da equação, fazendo com que a produção de cloreto de prata (substância responsável pela coloração esbranquiçada) diminua. Assim tornando o conjunto incolor.
Com base nos resultados obtidos após o resfriamento e aquecimento (Parte A1), demonstre o que acontece com Kc:
Durante o resfriamento b)Durante o aquecimento
“Experimentos mostram que se uma reação for exotérmica, isto é, se variação de entalpia maior que zero (∆H > 0), sua constante de equilíbrio diminuirá a medida que a temperatura aumentar"(MAHAN, MYERS, 1995), do contrário também é válido, diminuindo a temperatura a constante de equilíbrio aumenta. Avaliando os resultados experimentais pode se inferir que a solução resfriada de coloração rosa, indica o processo à esquerda da reação, que por sua vez é exotérmico, reação direta. E a reação inversa, a direita da reação, o processo endotérmico.