Equilíbrio Químico

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EQUILÍBRIO QUÍMICO 
Química Geral Engenharia Química 
2019-01 
 
1 
Um grande número de reações químicas não chega à completa conversão 
de reagentes em produtos. 
 
 
 
 
Visual : Vapor de iodo é violeta 
Se reação fosse completa, sistema final seria incolor ( H2 e HI são incolores) 
No entanto, cor violeta somente diminui intensidade 
Ainda existe I2 no sistema reacional. 
 
Calculo do produto: Quantidade obtida é menor do que a esperada 
2 
O estado de equilíbrio 
𝐻2(𝑔) + 𝑰𝟐(𝒈) → 2𝐻𝐼(𝑔) 
3 
Outro exemplo: 
CO2(g) + H2(g)  CO(g) + H2O(g). 
 
 
Em t0: reação ocorre somente no sentido de formação dos produtos 
Em t1: pode-se iniciar reação no sentido inverso 
Em t2: veloc. de formação do produto diminui ao mesmo tempo que da reação 
inversa aumenta 
Em t3: velocidades das reações direta e inversa se igualam 
Reagentes se transformam em produto e estes reagem 
transformando-se novamente em reagentes. 
 
Depois de certo tempo equilíbrio dinâmico é atingido 
 
Reação não parou: as velocidades opostas são 
iguais. 
 
O estado de equilíbrio é caracterizado quando 
propriedades macroscópicas do sistema (cor, pressão) 
não mais se alteram. 
 
 4 
5 
A constante de equilíbrio 
 
Na reação em equilíbrio, 
 
 
A seta dupla significa que o processo é dinâmico. 
 
Reação direta: A  B Velocidade = kd[A] 
Reação inversa: B  A Velocidade = ki[B] 
 
No equilíbrio kd[A] = ki[B]. 
A B
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Para um equilíbrio escrevemos 
 
À medida que a reação progride 
– [A] diminui para uma constante, 
– [B] aumenta de zero para uma constante. 
– Quando [A] e [B] são constantes, o equilíbrio é alcançado. 
 
Alternativamente: 
– kd[A] diminui para uma constante, 
– ki[B] aumenta de zero para uma constante. 
– Quando kd[A] = ki[B], o equilíbrio é alcançado. 
 
A B
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 Para uma reação geral, 
 
 
 a composição do sistema pode ser expressa por 
 
 
 
 
 onde Q é o quociente de reação, que varia em função do tempo e 
atinge valor constante quando sistema atinge estado de equilíbrio 
 
 
aA + bB cC + dD
ba
dc
BA
DC
Q
][][
][][

8 
 
 Para uma reação geral 
 
 
 a expressão da constante de equilíbrio para todos os componentes 
em solução é 
 
 
 
 
 
 onde Kc é a constante de equilíbrio para a expressão em 
concentrações (molaridade). 
 
aA + bB cC + dD
   
   ba
dc
cK
BA
DC

9 
 
 Para uma reação geral em fase gasosa (no equilíbrio), 
 
 
 a expressão da constante de equilíbrio é 
 
 
 
 onde Kp é a constante de equilíbrio em função das pressões parciais. 
 
 Para a reação teríamos, 
 
 
 
aA + bB cC + dD
ba
dc
p
PP
PP
K
BA
DC
𝐻2(𝑔) + 𝑰𝟐(𝒈) → 2𝐻𝐼(𝑔) 
22 IH
2
HI
PP
P
K p 
10 
 
 Kc versus Kp 
 
 
𝐾𝑝 = 𝐾𝑐 𝑥 𝑅𝑇
∆𝑛
𝑔á𝑠 
 
As duas constantes de equilíbrio serão iguais apenas se ∆𝑛𝑔á𝑠 = 0 
 
 
As constantes são adimensionais 
 
Valores da expressão de equilíbrio são razões entre pressão e 
pressão de referência (1 atm) ou concentração molar sobre 
concentração de referência 
 ( 1mol/L) 
 
 
)/)(/(
)/(
22
2
refHrefI
refHI
eq
PPPP
PP
K 
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As constantes de equilíbrio podem ser muito grandes ou muito pequenas 
 
Ordem de grandeza fornece informações importantes sobre composição de 
equilíbrio 
 
 
 
 
 
Se K >> 1: equilíbrio encontra-se à direita, predominam os produtos 
 
Se K << 1: equilíbrio encontra-se à esquerda, predominam os reagentes 
 
 
 
 
 
Se K é na ordem de 1, o equilíbrio tem concentrações significativas de 
reagentes e produtos 
 
altovalorK
reagente
produto

][
][
baixovalorK
reagente
produto

][
][
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Prevendo o sentido da reação 
 
Se Q > K, concentrações de produtos estão muito altas, reação tende a se 
processar na direção dos reagentes (Q diminui até se igualar a K). 
 
Se Q < K, concentração de reagentes está muito alta e reação tende a formar 
produtos. 
 
Se Q < K , a reação está em equilíbrio 
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Quando todos os reagentes e produtos estão em uma fase, o equilíbrio 
é homogêneo. 
 
Se um ou mais reagentes ou produtos estão em uma fase diferente, o 
equilíbrio é heterogêneo. 
 
 
 
experimentalmente, a quantidade de CO2 não parece depender das 
quantidades de CaO e CaCO3. 
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)
Equilíbrios heterogêneos 
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As concentrações de sólidos e líquidos puros são praticamente 
constantes. 
 
Concentrações de líquidos puros e sólidos puros são ignoradas nas 
expressões das constantes de equilíbrio. 
 
Para a reação anterior: 
 
𝐾𝑝=𝑃𝐶𝑂2 
 
Para reação que envolva equilíbrio com a água: 
 
 𝑁𝐻3(𝑎𝑞) + 𝐻2𝑂(𝑙) ⇋ 𝑁𝐻4+(𝑎𝑞) + 𝑂𝐻 _(𝑎𝑞) 
  
 3
4
NH
OHNH
cK
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Constante de equilíbrio e a estequiometria 
 
Os coeficientes estequiométricos tem papel direto na expressão de 
equílibrio. Ajustes na estequiometria, afeta o valor de K. 
 
 
 
 
Escreva as expressões de equilíbrio para: 
 
a) A reação como escrita 
b) A reação inversa 
c) A reação escrita, mas com todos os coeficientes da equação divididos 
por 2 
 
 
𝑁2(𝑔) + 3𝐻2(𝑔) ⇋ 2𝑁𝐻3(𝑔) 
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Concentrações no equilíbrio 
 
1- Escrever a equação química balanceada 
2- Escrever a expressão de equilíbrio correspondente 
3- Criar uma tabela de concentrações para todas as espécies 
 
1 - A + B → 2C 
2 - 𝐾 = 
[𝐶]2
𝐴 [𝐵]
 
 
3- 
 
 
[A] [B] [C] 
Concentração inicial 
Variação na concentração 
Concentração final 
Exemplo 1: Para a reação: 
 
Um estudante mediu a constante de equilíbrio como 59,3 a 400ºC. Se 
alguém começar com uma mistura que inclui 0,050 mol L-1 de 
hidrogênio e 0,050 mol L-1 iodo, quais serão as concentrações dos 
reagentes e produtos no equilíbrio? 
 
Exemplo 2: A constante de equilíbrio para a reação abaixo é 33, a 
250ºC. 
 
Se um experimento é iniciado com concentrações de 0,050 mol L-1 PCl3 
e 0,015 mol L-1 Cl2, quais são as concentrações de equilibrio de todos 
os três gases? 
 
Exemplo 3: Uma mistura de gases hidrogênio e nitrogênio em 
equilíbrio contém 7,38 atm de H2, 2,46 atm de N2 e 0,166 atm de NH3. 
Calcule a constante de equilíbrio para: 
 
 
 
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𝐻2(𝑔) + 𝐼2(𝑔) ⇋ 2𝐻𝐼(𝑔) 
𝑁2(𝑔) + 3𝐻2(𝑔) ⇋ 2𝑁𝐻3(𝑔) 
𝐶𝑙2(𝑔) + 𝑃𝐶𝑙3(𝑔) ⇋ 𝑃𝐶𝑙5(𝑔) 
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O Princípio de Le Châtelier 
Se um sistema em equilíbrio é 
perturbado, o sistema irá 
mover-se de maneira a contra 
atacar o distúrbio e reestabelecer 
 o equlíbrio. 
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Efeito do catalisador 
 
• Um catalisador reduz a barreira de energia de ativação para a 
reação. 
 
• Conseqüentemente, um catalisador diminuirá o tempo gasto para 
alcançar o equilíbrio. 
 
• Um catalisador não afeta a composição da mistura em equilíbrio. 
 
Exemplo 4: Considere o equilíbrio: 
 
 
 
Considerando ΔH= 58,0 kJ, em qual sentido o equilíbrio se 
deslocará quando cada uma das seguintes variações for 
feita ao sistema no equilíbrio: 
 
a) Adição de N2O4 
b) Remoção de NO2 
c) Aumento do volume 
d) Diminuição da temperatura 
 
 
N2O4(g) 2NO2(g)
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