Aula_Equilíbrio Químico

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Aula:
EQUILÍBRIO QUÍMICO E AS CONSTANTES 
DE EQUILÍBRIO
Prof. Dr. Caio G. S. Souza
caio.souza@ifpr.edu.br
OBJETIVOS DA AULA
Entender os principais conceitos envolvidos no equilíbrio químico
de reações;
Entender como que se dá a tendência de direção de uma reação;
Introduzir, interpretar e exemplificar a importância das constantes de
equilíbrio para reações químicas;
Abordar os principais cálculos envolvendo reações que tendem ao
equilíbrio químico.
DEFINIÇÃO DE EQUILÍBRIO QUÍMICO
Equilíbrio químico  estágio da reação química em que não existe mais
tendência a mudar a composição da mistura de reação;
A composição da mistura de reação é constante.
As reações direta e inversa ocorrem com a mesma velocidade.
Critérios que identificam o equilíbrio químico:
Modo de verificar se a reação está em equilíbrio  Mudar as condições
Por exemplo: adicionar mais reagente.
A composição irá mudar da condição de equilíbrio e voltará ao valor
anterior quando as condições forem restauradas.
REVERSIBILIDADE DAS REAÇÕES
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)
As reações químicas tendem a um equilíbrio dinâmico no qual não há
mudança de composição.
Mas a reação direta e inversa ainda ocorrem, porém à mesma velocidade.
EQUILÍBRIO E AS CONSTANTES DE EQUILÍBRIO
No Equilíbrio  a composição da mistura de reação pode ser expressa em
termos de uma constante de equilíbrio (K).
Definição de K  Atividades dos produtos divididas pelas atividades dos reagentes.
A atividade de cada substância são elevadas a potências iguais aos coeficientes 
estequiométricos da reação balanceada para cada uma dessas substâncias.
aA + bB cC + dD
𝐊 =
𝒂𝐂
𝐜 . 𝒂𝐃
𝐝
𝒂𝐀
𝐚 . 𝒂𝐁
𝐛 𝐊 =
𝑷𝐂
𝐜 . 𝑷𝐃
𝐝
𝑷𝐀
𝐚 . 𝑷𝐁
𝐛 𝐊𝐂 =
[𝐂]𝐜 . [𝐃]𝐝
[𝐀]𝐚 . [𝐁]𝐛
Em termos 
de atividade:
Em termos de 
pressão parcial:
Em termos de 
concentração:
Descobriu-se empiricamente que os líquidos puros ou os sólidos não devem
aparecer em K, ainda que estes participem do equilíbrio da reação.
ALGUNS EXEMPLOS
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)
2 SO2 (g) + O2 (g) 2 SO3 (g)
P4 (s) + 5 O2 (g) P4O10 (s)
Zn (s) + Cu2+ (aq) Cu (s) + Zn2+ (aq)
Determinar expressões de K e KC
ORIGEM TERMODINÂMICA DE K
Inicialmente a descrição de equilíbrio era inteiramente empírica.
Variações na energia livre determinam a tendência de uma reação em ir na direção dos
produtos ou voltar, na direção inversa.
Toda reação química tem tendência de ocorrer 
espontaneamente até o equilíbrio!
A energia livre da reação varia de acordo com a mudança
de proporções de reagentes e produtos.
ΔGr < 0  A reação é espontânea no sentido direto.
ΔGr > 0  A reação é espontânea no sentido inverso.
ΔGr = 0  Não há espontaneidade para nenhuma das direções.
O mínimo da energia livre de Gibbs é o 
ponto do equilíbrio químico!
INTERPRETAÇÃO DAS CONSTANTES DE EQUILÍBRIO
O valor de K informa se devemos esperar uma concentração alta ou baixa de produto em 
equilíbrio.
Permite predizer a direção espontânea da reação em uma mistura de qualquer 
composição.
Expressão concisa da tendência dos reagentes de se converterem em produtos.
Valores grandes de K (K > 103)  o equilíbrio favorece os produtos.
Valores intermediários de K (10-3 < K < 103) o equilíbrio não favorece os reagentes 
nem os produtos.
Valores pequenos de K (K < 10-3)  o equilíbrio favorece os reagentes.
Do ponto de vista experimental, pode-se escolher K ou KC para relatar a constante de
equilíbrio de uma reação.
No entanto, é importante lembrar que os cálculos termodinâmicos fornecem o valor
de K e não KC!
CONSTANTES DE EQUILÍBRIO PARA VÁRIAS REAÇÕES
DIREÇÃO DA REAÇÃO
Supondo uma mistura de reação com concentrações arbitrárias, como saber se ela tem
tendência de formar mais produtos ou a se decompor em reagentes?
Torna-se necessário o conhecimento do quociente de reação, Q.
A expressão de Q é idêntica à expressão para cálculo de K, porém para Q considera-se
as concentrações arbitrárias antes do sistema entrar em equilíbrio.
aA + bB cC + dD
𝐊𝐂 =
[𝐂]𝐜 . [𝐃]𝐝
[𝐀]𝐚 . [𝐁]𝐛
𝐐𝐂 =
[𝐂]𝐜 . [𝐃]𝐝
[𝐀]𝐚 . [𝐁]𝐛
Fora do equilíbrio: No equilíbrio:
Para predizer a tendência da mistura formar mais produtos ou reagentes:
Se QC > KC  a tendência é a reação se processar na direção dos reagentes.
Se QC < KC  a tendência é a reação se processar na direção dos produtos.
Se QC = KC  a reação está em equilíbrio e não apresenta tendência de
formar mais reagentes ou produtos.
EXERCÍCIO 1: PREVISÃO DA DIREÇÃO DA REAÇÃO
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 para a
reação:
H2 (g) + I2 (g) 2 HI
Diga se HI tem tendência a se formar ou a se decompor em H2 e I2.
CÁLCULOS UTILIZANDO AS CONSTANTES DE EQUILÍBRIO 
A composição de uma mistura de reação tende a se ajustar até que as concentrações
molares ou pressões parciais dos gases garantam QC = KC ou Q = K.
A mudança na disponibilidade de um componente provoca mudanças nos demais
segundo a estequiometria da reação.
Para facilitar os cálculos envolvendo equilíbrio químico é importante seguir as seguintes
etapas:
A B C
Composição
inicial
[A]0 [B]0 [C]0
Mudança de 
composição
a.x b.x c.x
Composição 
final
[A]0 – a.x [B]0 – b.x [C]0 + c.x
𝐊𝐂 =
[[C]0 + c.x ]𝐜
[[A]0 – a.x ]𝐚 . [[B]0 – b.x ]𝐛
Substituir os valores da composição 
final na expressão de KC
aA + bB cC
Balancear a equação: (1)
𝐊𝐂 =
[𝐂]𝐜
[𝐀]𝐚 . [𝐁]𝐛
Escrever a expressão de KC: (2)
(3) (4)
Resolva a equação!
EXERCÍCIO 2: PREVISÃO DA DIREÇÃO DA REAÇÃO E COMPOSIÇÃO NO EQUILÍBRIO
A constante de equilíbrio da reação entre PCl3 (g) e Cl2 (g) transformando-se em PCl5 (g)
é KC = 0,56, em 250 °C. Após a análise, determinou-se que 1,50 mol de PCl5, 3,00 mol
de PCl3 e 0,500 mol de Cl2 estavam presentes em balão de 0,500 L em 250 °C.
Sabendo-se disso:
(a) Será que a reação está em equilíbrio?
(b) Se não, em que direção ela tende a se processar?
(c) Qual a composição do sistema no equilíbrio?
EXERCÍCIO 3: Cálculo da composição de equilíbrio
Sob certas condições, nitrogênio (N2) e oxigênio (O2) reagem para formar óxido de
dinitrogênio, N2O. Imagine que uma mistura de N2 e O2 com pressões parciais de 3,21 bar
e 6,21 bar, respectivamente, é colocada em um balão de reação à 800 K para que ocorra a
formação de N2O. Sabendo que nesta temperatura K = 3,2x10
-28, calcule as pressões
parciais dos gases na mistura em equilíbrio.
EXERCÍCIO 4: Cálculo da composição de equilíbrio
Imagine que foi adicionado em um recipiente PCl5, e inicialmente sua pressão parcial é de
1,3 bar e que após algum tempo a amostra atingiu o equilíbrio com os produtos de
decomposição tricloreto de fósforo (PCl3) e gás cloro (Cl2). Sabendo-se que na
temperatura do experimento o valor de K = 78,3, calcule a composição da mistura no
equilíbrio. Além disso, qual a porcentagem de decomposição de PCl5?
EXERCÍCIO 5: Cálculo da composição de equilíbrio
O cloreto de bromo, BrCl, decompõe-se em bromo (Br2) e cloro (Cl2) e atinge o equilíbrio,
para o qual K = 32 a 500 K. Se inicialmente, BrCl puro está presente na pressão de
3,30x10-3 bar, qual é sua pressão parcial na mistura em equilíbrio?
RESUMO DA AULA
Equilíbrio químico
Reações direta e inversa 
ocorrem com a mesma 
velocidade.
A composição da mistura 
de reação é constante.
Quando ocorre 
o equilíbrio 
químico
Minimo da 
energia livre 
do sistema
Espontaneidade 
no sentido direto
Espontaneidade 
no sentido inverso
Tendência dos reagentes se 
converterem em produtos
Constante de equilíbrio
K = 
atividade dos produtos
atividade dos reagentes
Equilíbrio
Cálculos sobre a 
composição dos 
componentes no 
equilíbrio
Origem termodinâmica
ΔGr < 0 ΔGr = 0 ΔGr > 0
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
2. MAHAN, B. M. Química: um curso universitário. 4. Ed. Edgard
Blucher, 1995. Capítulo 04.
1. ATKINS, P. W. & JONES, L. Princípios de Química: questionando a
vida moderna e o meioambiente. 3. ed. Ed. Bookman, 2007. Capítulo
09.
MUITO OBRIGADO PELA ATENÇÃO !
ATÉ A PRÓXIMA AULA...