Aula 4 - Potencial Químico 2020 2

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POTENCIAL QUÍMICO
PROFA: GABRIELA DEIRÓ
Para uma solução:
POTENCIAL QUÍMICO DE UM GÁS
POTENCIAL QUÍMICO DE UM GÁS
A ENERGIA DE GIBBS PARA GÁS IDEAL PURO
μ = μ0 + RT lnp
Observações:
✓ A equação mostra que o potencial químico é proporcional a pressão;
✓ Logo para desigualdade de pressão, o gás irá escoar da zona de maior para zona de menor pressão;
✓ O equilíbrio só poderá ser estabelecido (igualdade de potenciais), quando a pressão for uniforme em todo 
o sistema. 
POTENCIAL QUÍMICO 
Região A Região B
dni
𝑑𝐺𝐴 = 𝜇𝑖
𝐴− 𝑑𝑛𝑖 𝑑𝐺𝐵 = 𝜇𝑖
𝐵− 𝑑𝑛𝑖
Variação total de energia do sistema:
dG = 𝑑𝐺𝐴 + 𝑑𝐺𝐵,
dG = 𝜇𝑖
𝐵 − 𝜇𝑖
𝐴 𝑑𝑛𝑖
Se 𝜇𝑖
𝐴 > 𝜇𝑖
𝐵 dG é negativo
A ENERGIA DE GIBBS DE UMA MISTURA
Observações:
✓ Se dG negativo for negativo a transferência ocorre espontaneamente;
✓ A substância “i” escoa da região onde 𝜇𝑖 é mais alto para uma região onde 𝜇𝑖 é mais baixo
✓ O equilíbrio é atingido quando o valor de 𝜇𝑖 é o mesmo em todas as regiões
✓ Esse deslocamento da substância “i” é denominado de tendência de escape
✓ Se 𝜇𝑖 é alto a substância “i” tem uma elevada tendência de escape
✓ Se 𝜇𝑖 é baixo a substância “i” tem uma baixa tendência de escape
POTENCIAL QUÍMICO EM UMA MISTURA DE GASES IDEAIS
𝜇𝑖 = 𝜇𝑖
𝑜 𝑇, 𝑝 + 𝑅𝑇𝑙𝑛𝑃𝑖
POTENCIAL QUÍMICO EM UMA MISTURA DE GASES IDEAIS
POTENCIAL QUÍMICO EM UMA MISTURA DE GASES IDEAIS
POTENCIAL QUÍMICO NO EQUILÍBRIO
EQUILÍBRIO QUÍMICO EM UMA MISTURA DE GASES IDEAIS
𝜇𝑖 = 𝜇𝑖
𝑜 𝑇, 𝑝 + 𝑅𝑇𝑙𝑛𝑃𝑖
Considerando a equação:
𝛼𝐴 + 𝛽𝐵 → 𝛾𝐶 + 𝛿𝐷
EQUILÍBRIO QUÍMICO EM UMA MISTURA DE GASES IDEAIS
∆𝐺 = ∆𝐺0 + 𝑅𝑇𝑙𝑛
𝑃𝑐
𝛾𝑃𝑑
𝛿
𝑃𝑎
𝛼𝑃𝑏
𝛽 QP
∆𝐺 = ∆𝐺0 + 𝑅𝑇𝑙𝑛𝑄𝑃
EQUILÍBRIO QUÍMICO EM UMA MISTURA DE GASES IDEAIS
A energia livre padrão da reação para 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) é ∆𝐺
0 = −
141,74𝑘𝐽
𝑚𝑜𝑙
a 25°C. Qual é a energia livre
de reação quando a pressão parcial de cada gás é 100 bar? Qual a direção espontânea da reação nestas condições?
EQUILÍBRIO QUÍMICO EM UMA MISTURA DE GASES IDEAIS
No equilíbrio:
0 = ∆𝐺0 + 𝑅𝑇𝑙𝑛𝐾𝑃
Constante de equilíbrio
𝛼𝐴 + 𝛽𝐵 ↔ 𝛾𝐶 + 𝛿𝐷
0 = ∆𝐺0 + 𝑅𝑇𝑙𝑛
𝑃𝑐
𝛾𝑃𝑑
𝛿
𝑃𝑎
𝛼𝑃𝑏
𝛽
∆𝐺 = ∆𝐺0 + 𝑅𝑇𝑙𝑛𝑄𝑃
𝐾𝑃 =
𝑃𝑐 𝑒
𝛾
𝑃𝐷 𝑒
𝛿
𝑃𝑎 𝑒
𝛼
𝑃𝑏 𝑒
𝛽
EXEMPLO
a constante de equilíbrio é 6,59 X IO-3 , a 450°C. Calcule a energia de Gibbs padrão da reação.
Para a reação
𝑁2(𝑔) + ൗ
3
2𝐻2(𝑔) ↔ 𝑁𝐻3(𝑔)
DIREÇÃO DA REAÇÃO
Para prever se uma mistura de reagentes e produtos terão tendência para produzir mais produtos ou mais reagentes,
comparamos Q com K:
Se Q > Kc
A concentração de produtos está muito alta, ou de reagente muito baixa. A reação tenderá
a se processar na direção inversa.
Se Q < Kc A reação tende a se processar diretamente e formar produtos.
Se Q = K A reação está em equilíbrio e não tem tendência a se processar em direção alguma.
EXEMPLO
O valor da energia livre padrão da reação abaixo é 1,7 kJ/mol a 25°C. Determine a constante de equilíbrio
𝐻2(𝑔) + 𝐼2(𝑔) ↔ 2𝐻𝐼(𝑔)
AS CONSTANTES DE EQUILÍBRIO KX E KC
𝐾𝑃 =
𝑃𝑐
𝛾𝑃𝑑
𝛿
𝑃𝑎
𝛼𝑃𝑏
𝛽
=
𝑥𝑐
𝛾𝑥𝑑
𝛿
𝑥𝑎
𝛼𝑥𝑏
𝛽
× 𝑃𝛾+𝛿−𝛼−𝛽
Kc
𝐾𝑃 = 𝐾𝑐 × 𝑃
∆𝜈
Logo:
ou
Onde 𝜁0 é a concentração molar padrão (mol/L) 
𝐾𝑃 = 𝐾𝑐 ×
𝜁0𝑅𝑇
𝑃0
∆𝜈
EXEMPLO
1 - A constante de equilíbrio, Kp, para a síntese da amônia (reação C) é 41 a 127°C. Qual é o valor de Kc nessa
temperatura?
𝑁2(𝑔) + 3𝐻2(𝑔) ↔ 2𝑁𝐻3(𝑔)
EXERCÍCIOS
Haber misturou nitrogênio e hidrogênio e deixou-os reagir a 500K até a mistura atingir o equilíbrio com o produto
final, amônia. Quando analisou a mistura, encontrou 0,796 mol/L de NH3, 0,305 mol/L de N2 e 0,324 mol/L de H2. Qual
é a constante de equilíbrio Kp para a reação?
𝑁2(𝑔) + 3𝐻2(𝑔) ↔ 2𝑁𝐻3(𝑔)
EQUILÍBRIO QUÍMICO EM UMA MISTURA DE GASES REAIS
Utilizando o conceito de fugacidade
𝐾𝑓 =
𝑓𝑐
𝛾𝑓𝑑
𝛿
𝑓𝑎
𝛼𝑓𝑏
𝛽
Logo:
∆𝐺 = ∆𝐺0 + 𝑅𝑇𝑙𝑛𝐾𝑓
Para gases reais
CÁLCULOS ENVOLVENDO ESTEQUIMETRIA
EXERCÍCIOS
Considerando a mesma equação abaixo, com uma mistura consistindo de 0,5 mol/L de N2, e 0,8 mol/L de H2 e
deixou-a 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.
𝑁2(𝑔) + 3𝐻2(𝑔) ↔ 2𝑁𝐻3(𝑔)
EXERCÍCIOS
Suponha que foram colocados 31,2g de PCl5 em um recipiente de 500 mL e que deixamos a amostra atingir o
equilíbrio com seus produtos de decomposição tricloreto de fósforo e cloro a 250°C, quando K = 78,3. Todas as três
substâncias são gasosas a 250°C.
a) Qual é a composição da mistura no equilíbrio em mols por litros
b) Qual a porcentagem de decomposição do PCl5?
𝑃𝐶𝑙2(𝑔) ↔ 𝑃𝐶𝑙3(𝑔) + 𝐶𝑙2(𝑔)