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Equilíbrio Químico Introdução: O equilíbrio químico é um fenômeno que acontece nas reações químicas reversíveis entre reagentes e produtos. As reações reversíveis são as reações nas quais os reagentes são convertidos em produtos e os produtos são convertidos em reagentes até se chegar a um equilíbrio quando as velocidades em ambos os sentidos se igualam. Alguns fatores podem alterar o estado de equilíbrio de um sistema. Esta alteração pode ser prevista pelo princípio de Le Chatelier (“Quando um sistema em equilíbrio é submetido a uma ação, o equilíbrio se desloca no sentido de contrabalancear esta ação.”). � Temperatura: quando esta aumenta, a reação se desloca no sentido da reação que absorve calor, endotérmica, e quando diminui, o equilíbrio se desloca no sentido da reação que libera calor, exotérmica; � Pressão: De acordo com o Princípio de Le Chatelier, um equilíbrio na fase gasosa responde a um aumento na pressão, fazendo com que a reação se desloque no sentido em que diminua esse aumento na pressão; � Concentração dos reagentes: podemos resumir o efeito da concentração no equilíbrio químico da seguinte forma: o Acréscimo de reagentes, a reação se desloca no sentido dos produtos (para a direita); o Acréscimo de produtos, a reação se desloca no sentido dos reagentes (para a esquerda); o Retirada de reagentes, a reação se desloca no sentido inverso, para a esquerda; o Retirada de produtos, deslocamento no sentido da reação direta, para a direita. Podemos definir o coeficiente da reação K, pela expressão: K = k1/k2 = [AB]2/[A][B] Onde: K é uma constante; K1 é a velocidade da reação no sentido dos reagentes; k2 é a velocidade da reação no sentido do produto; [A] e [B] concentração das espécies que participam da reação. Objetivo: Estudo de sistemas em equilíbrio químico: verificação experimental do princípio de Le Chatelier. Parte Experimental Materiais utilizados: 01 suporte para tubos de ensaio 05 tubos de ensaio18 x 150 mm 02 béqueres de 50 mL 01 béquer de 100 mL 01 béquer de 250 mL 01 chapa de aquecimento 01 pinça de madeira 02 pipetas graduadas de 10 mL 01 prô-pipeta 01 frasco para resíduo Procedimentos: Experimento 1: Estudo do Equilíbrio do Sistema 2 CrO4-2 (aq) + 2 H+ (aq) ⇌Cr2O7-2 (aq) + H2O I. No suporte, foram colocados 03 tubos de ensaio e numerados de 1 a 3; II. Nos tubos 1 e 2, foram colocados 2 mL de K2Cr2O7 (Dicromato de Potássio) 0,05 mol L-1, de coloração laranja; III. No tubo 3, foram adicionados 2 mL de K2CrO4 (Cromato de Potássio) 0,05 mol L-1, de coloração amarela; IV. No tubo 1, contendo K2Cr2O7, foi adicionado 10 gotas da solução deNaOH 1 mol L-1; V. Foi comparada a cor da solução com a dos outros tubos e anotou-se o resultado; VI. No mesmo tubo 1, foram adicionadas 20 gotas de HCl (Ácido clorídrico) 1 mol L-1; VII. Agitou e comparou-se novamente como os outros tubos; VIII. No tubo 3, contendo K2CrO4 0,05 mol L-1, adicionou-se 2 gotas de solução de Ba(NO3)2 (Nitrato de Bário) 0,05 mol L-1; IX. Agitou e observou-se que houve formação de precipitado; X. No tubo 2, contendo K2Cr2O7, adicionou-se 2 gotas de solução de Ba(NO3)2 (Nitrato de Bário) 0,05 mol L-1; XI. Agitou-se e anotou-se os resultados. Experimento 2: Estudo do Equilíbrio do Sistema NH3 (aq) + H2O (l) ⇌NH4+ (aq) + OH- (aq); ∆H < 0 I. Num tubo de ensaio, com a numeração de número 4, foram adicionados 2 mL de água, 3 gotas de solução de amônia (0,5 mol L-1) e uma gota de fenolftaleína; II. A solução acima foi despejada em um pano branco, agitando-o em seguida, até que a coloração desaparecesse; III. Anotou-se os resultados. Íon cromato amarelo Íon dicromato alaranjado Experimento 3: Estudo do Equilíbrio do Sistema [CoCl4]-2 (alc) + 4 H2O (l) ⇌ [Co(H2O)4Cl2] (alc) + 2 Cl- (aq) ; ∆H < 0 I. Num tubo de ensaio, com a numeração de número 5, foram adicionados 40 gotas CoCl2 (Cloreto de cobalto II), de coloração vermelha; XII. Na capela, adicionou-se, cuidadosamente, a solução de HCl (Ácido clorídrico) até que houvesse uma variação na sua cor; II. Anotou-se o resultado; III. Neste mesmo tubo, adicionou-se água destilada, lentamente, até que se observasse uma mudança macroscópica; IV. Observou e anotaram-se os resultados; V. Sob uma chapa de aquecimento, foi colocado um béquer de 250 mL, com água até a metade do frasco; VI. Depois de aquecida esta água, foi mergulhado o tubo número 5, e deixado em banho-maria; VII. Observou e anotaram-se os resultados; VIII. Esse tubo 5, foi resfriado em água corrente; IX. Observou e anotaram-se os resultados. Resultados e discussão: Experimento 1: 2 CrO4-2 (aq) + 2 H+ (aq) ⇌Cr2O7-2 (aq) + H2O No tubo 1, contendo o produto da reação acima, ao adicionar 10 gotas de NaOH (Hidróxido de sódio), que é uma base, o equilíbrio químico desloca-se para a esquerda, alterando-se a cor de alaranjado para amarelo; e ao adicionar 10 gotas de HCl (Ácido clorídrico), o equilíbrio químico desloca-se para a direita; Íon cromato amarelo Íon dicromato alaranjado Cr2O7-2 → CrO4-2 CrO4-2 → Cr2O7-2 No tubo 3, contendo K2CrO4, ao adicionar -se 2 gotas de solução de Ba(NO3)2 (Nitrato de Bário), houve formação de precipitado, de coloração amarela; K2CrO4 + Ba(NO3)2 → 2 KNO3 + Ba2CrO4 No tubo 2, contendo K2Cr2O7, ao adicionar 2 gotas de solução de Ba(NO3)2 (Nitrato de Bário), não houve alteração na coloração da reação; K2Cr2O7 + Ba(NO3)2 → 2 KNO3 + Ba2Cr2O7 Experimento 2 NH3 (aq) + H2O (l) ⇌NH4+ (aq) + OH- (aq); ∆H < 0 A solução de 2 mL de água, 3 gotas de solução de amônia (0,5 mol L-1) e uma gota de fenolftaleína, tem uma coloração rosa, pois contém o OH-, que é uma base. Ao ser despejada em um pano branco, e agitando-o, esta agitação transforma- se em calor, e o NH4 se decompõe em NH3, que é um gás. O NH3 é evaporado, ficando somente a água. Por isto, a coloração, que inicialmente era rosa, passa a ser incolor. Esta reação é endotérmica: reagente + calor = produto; Experimento 3: [CoCl4]-2 (alc) + 4 H2O (l) ⇌ [Co(H2O)4Cl2] (alc) + 2 Cl- (aq) ; ∆H < 0 A solução de CoCl2 (Cloreto de cobalto II) tem uma coloração vermelha. Ao ser adicionado a solução de HCl (Ácido clorídrico) houve a mudança da coloração da reação de vermelho para azul. NaOH alaranjado amarelo HCl amarelo alaranjado CoCl2 → CoCl2 O ácido desloca o equilíbrio para o sentido oposto. Após adicionada água destilada a essa solução, o equilíbrio desloca para o sentido oposto, mudando sua coloração novamente, de azul para vermelho. CoCl2 → CoCl2 Após o tubo ser mergulhado em água quente e deixado em banho-maria, o calor fez com que o equilíbrio deslocasse para o sentido oposto, mudando novamente a coloração, de vermelho para azul. CoCl2 → CoCl2 Ao ser resfriado, o equilíbrio deslocado para o outro sentido. CoCl2 → CoCl2 Conclusão: Por meio da realização dos experimentos, podemos concluir que nas reações reversíveis os reagentes são convertidos em produtos e os produtos são convertidos em reagentes até que se chegue a um equilíbrio quando as velocidades em ambos os sentidos se igualam, comprovando o princípio de Le Chatelier, sendo o objetivo principal deste experimento. vermelho azul HCl azul vermelho H2O destilada vermelho azul Calor azul vermelho Frio Também se conclui que fatores como temperatura, pressão e concentração dos reagentes interferemno estabelecimento do equilíbrio. Referências: Apostila de Química Geral Experimental 2° Semestre de 2019; DEMICHELI, Cynthia Peres. Práticas de Química Geral – Universidade Federal de Minas Gerais - Departamento de Química – ICEX. http://web.ccead.pucrio.br/condigital/mvsl/Sala%20de%20Leitura/conteudos/SL _equilibrio_quimico.pdf