Equilíbrios químicos

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EQUILÍBRIO
QUÍMICO
Reações completas ou irreversíveis
São reações nas quais os reagentes são totalmente convertidos em produtos, não havendo “sobra” de reagente, ao final da reação !
Exemplo:
HCl(aq) + NaOH(aq)  NaCl(aq) + H2O(l)
Essas reações tem rendimento 100 % !
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Reações incompletas ou reversíveis
São reações nas quais os reagentes não são totalmente convertidos em produtos, havendo “sobra” de reagente, ao final da reação !
Essas reações tem rendimento < 100 % !
Exemplo:
- reações de esterificação
CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O 
EQUILÍBRIO QUÍMICO
A reversibilidade de uma reação pode ser relacionada com o seu rendimento !
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Para a reação gasosa (com baixo rendimento) :
CO + H2O CO2 + H2
EQUILÍBRIO QUÍMICO
A mesma reação, com alto rendimento
CO + H2O CO2 + H2
Sob o ponto de vista da cinética química, as reações reversíveis podem ocorrer em dois sentidos (direto e inverso) representados por
R P 
com uma velocidade direta (vdireta ou v1) e uma velocidade inversa (vinversa ou v2).
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Considerando-se uma reação química genérica:
aA + bB xX + yY
A velocidade direta será:
v1 = k1 [A]a[B]b
a qual diminui com o passar do tempo.
A velocidade inversa será:
v2 = k2 [X]x[Y]y
que no início é nula e vai aumentanto !
EQUILÍBRIO QUÍMICO
A medida que a reação avança a velocidade direta vai diminuindo e a inversa aumentando, até o momento em que as duas tornam-se iguais e a velocidade global nula ! vdireta = vinversa
v1 = k1 [A]a[B]b e v2 = k2 [X]x[Y]y
Esse momento é chamado de Equilíbrio Químico.
EQUILÍBRIO QUÍMICO
EQUILÍBRIO QUÍMICO
As variações de velocidade direta e inversa, até alcançar o equilíbrio, podem ser representadas pelo diagrama abaixo.
equilíbrio químico
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Se as duas velocidades (direta e inversa) são iguais ao atingir o equilíbrio, então:
v1 = v2
k1[A]a[B]b = k2[X]x[Y]y
isolando os termos semelhantes resulta:
CAa , CBb ,... = concentrações molares de A, B,...
Kc = constante de equilíbrio (concentrações)
CAa = [A]a , ...
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Algumas reações e as constantes Kc 
(em função de concentrações)
Generalizando
Kc = [Produtos]p / [Reagentes]r
Reação Constantes
N2 + 3H2 2NH3 Kc = [NH3]2 / [N2].[H2]3 
PCl5 PCl3 + Cl2 Kc = [PCl3].[Cl2] / [PCl5] 
SO3 + 1/2 O2 SO3 Kc = [SO3] / [SO2].[O2]1/2
2H2 + S2 2H2S Kc = [H2S]2 / [H2]2.[S2] 
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Equilíbrio químico em reações gasosas
Considere a formação da amônia, que ocorre em fase gasosa, num balão de volume V, em certa temperatura T sendo que cada gás exerce uma pressão parcial Px
N2(g) + 3H2(g) 2 NH3(g)
A pressão de cada gás pode ser calculada a partir da expressão: P = nx R T / V onde: nx / V = [X] 
logo: P = [X] R T
[X] = molaridade ; R = constante dos gases e T = temperatura absoluta (K)
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Se a reação ocorrer em fase gasosa a constante de equilíbrio pode ser expressa em função das pressões parciais exercidas pelos componentes gasosos:
lembre que:
P = pressão ; V = volume ; n = número de mols ; T = temperatura (K)
R = constante universal dos gases = 0,082 atm.L/mol.K
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Cálculo da constante Kc - exemplo
	O PCl5 se decompõe, segundo a equação:
PCl5 PCl3 + Cl2
	Ao iniciar havia 3,0 mols/L de PCl5 e ao ser alcançado o equilíbrio restou 0,5 mol/L do reagente não transformado. Calcular Kc.
A constante de equilíbrio será:
Kc = [PCl3].[Cl2] / [PCl5] = [2,5].[2,5] / [0,5]
Kc = 12,5 mol/L
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Equilíbrios em reações heterogêneas
Há certas reações, nas quais se estabelece equilíbrio, em que reagentes e/ou produtos encontram-se em estados físicos distintos, como por exemplo:
I - CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) 
II - NH4Cl(s) NH3(g) + HCl(g)
Nesses casos, como a concentração dos componentes sólidos não variam, as constantes não incluem tais componentes.
I - Kc = [CO2] e Kp = PCO2
II - Kc = [NH3].[HCl] e Kp = PHCl . PNH3
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Deslocamento do equilíbrio químico (Princípio de Le Chatelier ou equilíbrio móvel)
Os agentes externos que podem deslocar o estado de equilíbrio são:
1. variações nas concentrações de reagentes ou produtos;
2. variações na temperatura;
3. variações na pressão total.
“Quando um agente externo atua sobre uma reação em equilíbrio, o mesmo se deslocará no sentido de diminuir os efeitos causados pelo agente externo”.
EQUILÍBRIO QUÍMICO
1 - Influência das variações nas concentrações
* A adição de um componente (reagente ou produto) irá deslocar o equilíbrio no sentido de consumí-lo.
* A remoção de um componente (reagente ou produto) irá deslocar o equilíbrio no sentido de regenerá-lo.
As variações nas concentrações de reagentes e/ou produtos não modificam a constante Kc ou Kp.
EQUILÍBRIO QUÍMICO
1 - Influência das variações nas concentrações
Exemplo
Na reação de síntese da amônia
N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)
I - adicionando N2 ou H2 o equilíbrio desloca-se no sentido de formar NH3 ( ) ; 
II - removendo-se NH3 o equilíbrio desloca-se no sentido de regenerá-la ( ).
EQUILÍBRIO QUÍMICO
2 - Influência das variações na temperatura
Um aumento na temperatura (incremento de energia) favorece a reação no sentido endotérmico.
Uma diminuição na temperatura (remoção de energia) favorece a reação no sentido exotérmico.
A mudança na temperatura é o único fator que altera o valor da constante de equilíbrio (Kc ou Kp). 
- para reações exotérmicas: T  Kc 
- para reações endotérmicas: T  Kc 
EQUILÍBRIO QUÍMICO
2 - Influência das variações na temperatura
Exemplo
A síntese da amônia é exotérmica:
N2 + 3 H2 2 NH3 H = - 17 kcal/mol
I - um aumento na temperatura favorece o sentido endotérmico ( );
II - um resfriamento (diminuição na temperatura favorece a síntese da amônia, ou seja, o sentido direto ( ).
Portanto, na produção de amônia o reator deve estar permanentemente resfriado !
EQUILÍBRIO QUÍMICO
3 - Influência das variações na pressão total
Um aumento na pressão total (redução de volume) desloca o equilíbrio no sentido do menor número de mols gasosos.
Uma diminuição na pressão total (aumento de volume) desloca o equilíbrio no sentido do maior número de mols gasosos.
As variações de pressão somente afetarão os equilíbrios que apresentam componentes gasosos, nos quais a diferença de mols gasosos entre reagentes e produtos seja diferente de zero (ngases  0).
EQUILÍBRIO QUÍMICO
3 - Influência das variações na pressão total
Exemplo
Na síntese da amônia ocorre diminuição no número de mols gasosos (ngases = - 2)
N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) 
I - um aumento na pressão desloca o equilíbrio no sentido direto, menor no de mols( );
II - uma redução de pressão desloca o equilíbrio no sentido inverso, maior no de mols ( ).
Se a diferença de mols gasosos for nula as variações de pressão não deslocam o equilíbrio.
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Síntese da amônia
- efeito da pressão total
 Concentração
 (mol/L)
 
[
CO
]
 = 
[
H
2
O
]
 
 
[
CO
2
]
 = 
[
H
2
]
 tempo
Reação com baixo rendimento
 Concentração
 (mol/L)(CO( = (H2O( 
 (CO2( = (H2( 
 tempo
Reação com baixo rendimento
 Concentração
 (mol/L)
 
[
CO
2
]
 = 
[
H
2
]
 
[
CO
]
 = 
[
H
2
O
]
 tempo
Reação com alto rendimento
 Concentração
 (mol/L)
 (CO2( = (H2(
 (CO( = (H2O(
 tempo
Reação com alto rendimento
0
2
4
6
8
10
velocidade
147
101316
tempo
velocidades e equilíbrio
velocidade direta
velocidade inversa
Gráfico1
	10	0
	9.23	0.769
	8.52	1.478
	7.86	2.13
	7.25	2.75
	6.7	3.3
	6.18	3.81
	5.712	4.28
	5.27	4.72
	5	5
	5	5
	5	5
	5	5
	5	5
	5	5
	5	5
	5	5
	5	5
velocidade direta
velocidade inversa
tempo
velocidade
velocidades e equilíbrio
Plan1
	10	0
	9.23	0.769
	8.52	1.478
	7.86	2.13
	7.25	2.75
	6.7	3.3
	6.18	3.81
	5.712	4.28
	5.27	4.72
	5	5
	5	5
	5	5
	5	5
	5	5
	5	5
	5	5
	5	5
	5	5
Plan1
	
velocidade direta
velocidade inversa
tempo
velocidade
velocidades e equilíbrio
Plan2
	
Plan3
	
K
C
C
C
C
k
k
c
b
B
a
A
y
Y
x
X
2
1
.
.
=
=
P
P
P
P
K
b
B
a
A
y
Y
x
X
p
.
.
=
V
nRT
 
 
P
=
PCl
5
PCl
3
Cl
2
Inicio
3,0
-
-
Equilíbrio
0,5
2,5
2,5
Reage
2,5
-
-
PCl5
PCl3
Cl2
Inicio
3,0
-
-
Equilíbrio
0,5
2,5
2,5
Reage
2,5
-
-