Aula 2 - Equilíbrio químico

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EQUILÍBRIOS QUÍMICOS
Compostos de nitrogênio
NO3
-
N N
N
N
N N
O
OO
O
OO
O2N
CH3
NO2
NO2
O
N
O
O
O
O
N
N
OO
OO
Trinitrotolueno (TNT)
Nitroglicerina
RDX
Dificuldade em combinar o N2 a outros compostos
Fritz Harber
Descobriu uma técnica que fixa o N2 do ar e 
produzir fertilizantes e armamentos
Dificuldade: equilíbrio das reações
Entender como uma reação se aproxima do 
equilíbrio, e eventualmente o atinge.
SOLUÇÃO 
Máxima conversão de nitrogênio em seus compostos
O equilíbrio químico é o estágio da reação química em que não existe mais tendência em
mudar a composição da mistura de reação, isto é, as concentrações ou pressões parciais
dos reagentes e dos produtos.
REAÇÕES NO EQUILÍBRIO
A + B C + D
Queima de metano Mistura de água e açúcar
Não estão em equilíbrio
Critérios que identificam se uma reação está em equilíbrio
1) A reação direta e a reação inversa estão ocorrendo
2) Elas estão fazendo isso na mesma velocidade (não existe mudança aparente)
REVERSIBILIDADE DAS REAÇÕES
N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)
Δ, Fe
C
on
ce
nt
ra
çã
o 
m
ol
ar
Tempo 
C
on
ce
nt
ra
çã
o 
m
ol
ar
Tempo 
2NH3 (g) N2 (g) + 3H2 (g)
Δ, Fe
N2 (reagente)
NH3 (produto)
H2 (reagente)
H2 (produto)
NH3 (reagente)
N2 (produto)
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)
Equilíbrio dinâmico
EQUILÍBRIO E LEI DA AÇÃO DAS MASSAS
Guldberg e Waage (1894)  descobriram a relação matemática que resume a composição de uma mistura 
de reação em equilíbrio.
2SO2 (g) + O2 (g) 2SO3 (g)
PSO2 (bar) PO2 (bar) PSO3 (bar) P (bar) K
5,49 x 10-2 3,24 x 10-2 2,21 x 10-4 8,75 x 10-2 5,00 x 10-4
3,16 x 10-3 1,83 x 10-2 9,49 x 10-6 2,15 x 10-2 4,93 x 10-4
9,15 x 10-3 9,15 x 10-3 1,96 x 10-5 1,83 x 10-2 5,02 x 10-4
7,9 x 10-2 7,32 x 10-2 4,75 x 10-4 0,153 4,93 x 10-4
0,12 0,615 1,08 x 10-3 0,286 4,89 x 10-4
Dados de equilíbrio e constante de equilíbrio da reação em 1000 K.
P° = 1 bar, temos
Onde P é a pressão em bars!!
CONSTANTES DE EQUILÍBRIO
O valor de uma constante de equilíbrio nos diz se devemos esperar uma concentração alta ou
baixa de produto em equilíbrio. A constante também permite predizer a direção espontânea
da reação em uma mistura de qualquer composição.
GASES  K (pressões parciais)
SOLUTOS  Kc (molaridades)
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)
A lei de ação das massas estabelece que, no equilíbrio, a composição da mistura de reação
pode ser expressa em termos de uma constante de equilíbrio e que, para qualquer reação
entre gases que podem ser tratados como ideais.
aA (g) + bB (g) cC (g) + dD (g)
1) Escreva as constantes de equilíbrio K e Kc para as reações:
2CO (g) + O2 (g) 2CO2 (g)
N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)
ORIGEM TERMODINÂMICA DAS CONSTANTES DE EQUILÍBRIO
reagentes equilíbrio produto
Direção espontânea
reagentes equilíbrio produto
Direção espontânea
ΔG < 0, para a reação
direta
ΔG > 0, para a reação
direta
∆𝑮° = −𝑹𝑻𝒍𝒏𝑲
Direção espontânea
reagentes equilíbrio produto
ΔG = 0, para a reação
direta
X
EXTENSÃO DA REAÇÃO
reagente produto
K = 10-3 K = 103K = 1
H2 (g) + Cl2 (g) 2 HCl (g) K = 4,0 x 1018, 500 K
N2 (g) + O2 (g) 2 NO (g) K = 3,4 x 10
-21, 800 K
2) Suponha que, em uma mistura em equilíbrio de HCl, Cl2 e H2, a pressão parcial de H2 é 0,42 mPa e
que a de Cl2 é 0,83 mPa. Qual é a pressão parcial de HCl em 500 K, sabendo que K = 4,0 x 10
18
para
H2 (g) + Cl2 (g) 2 HCl (g)
DIREÇÃO DA REAÇÃO
Como podemos saber se uma reação tem tendência a formar mais produtos ou a se decompor
em reagentes?
CONHECER A CONSTANTE DE EQUILÍBRIO E O QUOCIENTE DE REAÇÃO
Se Q > K, as concentrações ou pressões parciais dos produtos estão muito altas para o
equilíbrio. Logo, a reação tende a se processar na direção dos reagentes;
Se Q < K, a reação tende a formar produtos;
Se Q = K, a reação está em equilíbrio e não apresenta tendência a mudar em nenhuma
direção.
Quociente da reação. Calculado em qualquer ponto da reação.
3) Uma mistura de hidrogênio, iodo e iodeto de hidrogênio, todos em 55 kPa, foi introduzida
em um recipiente aquecido até 783 K. Nessa temperatura, K = 46. Diga se HI tem tendência
a se formar ou a se decompor em H2 (g) e I2 (g).
H2 (g) + I2 (g) 2HI (g)
CONVERSÃO ENTRE K E KC
4) A 400°C, a constante de equilíbrio K de 2SO2 (g) + O2 (g) 2SO3 (g) é 3,41 x 10
4. Qual
é o valor de Kc nessa temperatura?
RESPOSTA DOS EQUILÍBRIOS A MUDANÇAS DE CONDIÇÕES
Quando alteramos um equilíbrio por adição ou remoção de um reagente, o valor de ΔGr varia e
a composição muda até que ΔGr seja igual a zero novamente.
Princípio de Le Chatelier: quando uma perturbação exterior é aplicada a um sistema em
equilíbrio dinâmico, ele tende a se ajustar para reduzir ao mínimo o efeito da perturbação.
ADIÇÃO E REMOÇÃO DE REAGENTES
N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)
N2
H2
NH3
H2
N2 H2
NH3
NH3
Q < K
(formação de produtos)
Q > K
(formação de reagentes)
Q = K
É importante compreender que K é uma constante que não se altera
quando mudam as concentrações. Somente o valor de Q se altera e
sempre no sentido de se aproximar de K.
5) Considere o equilíbrio
Prediga o efeito de A) a adição de N2; B) a remoção de NH3; C) a remoção de H2O sobre cada
concentração em equilíbrio.
4NH3 (g) + 3O2 (g) 2N2 (g) + 6H2O (g)
Reagentes 
adicionados
Produtos 
adicionadosProdutos 
se formam
Reagentes 
se formam
K = 1 Q < K K = 1 K = 1 Q > K K = 1
COMPRESSÃO DE UMA MISTURA DE REAÇÃO
I2 (g) 2I (g)
COMPRESSÃO
EXPANSÃO
6) Diga qual o efeito da compressão e expansão sobre a composição das misturas de reação em que os
equilíbrios e foram estabelecidos.2NO2 (g) N2O4 (g)H2 (g) + I2 (g) 2HI(g)
TEMPERATURA E EQUILÍBRIO
O AUMENTO DA TEMPERATURA DE UMA MISTURA DE REAÇÃO DESLOCA O EQUILÍBRIO 
NA DIREÇÃO ENDOTÉRMICA.
CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g) (reação endotérmica)
800°C, PCO2 é 0,22 atm, no equilíbrio
CO2
CaO
CO2
CO2
CaO
PCO2 < 0,22 atm PCO2 > 0,22 atm
CaCO3
A REDUÇÃO DA TEMPERATURA DE UMA MISTURA DE REAÇÃO DESLOCA O EQUILÍBRIO NA 
DIREÇÃO EXOTÉRMICA.
PCO2 = 0,22 atm
CO2
CaO
CaCO3
EQUILÍBRIO
 T  T
7) Uma das etapas da produção de ácido sulfúrico é a formação de trióxido de enxofre pela reação de SO2
com O2 na presença de um catalisador de óxido de vanádio (V). Diga como se comporta a composição de
equilíbrio na síntese do trióxido de enxofre quando a temperatura aumenta.
CATALISADORES E O TRABALHO DE HABER
Um catalisador é uma substância que aumenta a velocidade de uma reação química sem
ser consumido durante a reação e não afeta a composição de equilíbrio de uma mistura
de reação.
2SO2 (g) + O2 (g) 2SO3 (g)
VO
K  temperatura e ΔGr ΔGr  identidade dos reagentes e produtos
COMPRESSÃO DO EQUILÍBRIO
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)
 rendimento
FRITZ HARBER
REDUZIR A TEMPERATURA
Reação exotérmica –
favorece os produtos
CATALISADOR
Aumentar a velocidade da reação