EQUILÍBRIO QUÍMICO

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Lexington_Barbecue_Festival_-_Juggler.jpg

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mavericks_Surf_Contest_2010.jpg

http://veja.abril.com.br/110608/imagens/guia10.jpg

http://img.mercadolivre.com.br/jm/img?s=MLB&f=85964291_1894.jpg&v=P

Indicador de umidade do ar conhecido como “galinho do tempo”, revestido com um sal de cobalto II, de coloração azul.

Em dias chuvosos, a cor azul se transforma em rosa, devido à hidratação do sal.CoCl2(s) + H2O(l) CoCl2.2H2O(l))

azul róseo

←→

Por que usamos limão ou vinagre para remover o cheiro de peixe das mãos? CH3―NH2 + H2O CH3―NH3

+ + OH- cheiro de peixe inodoro base

O limão e o vinagre são ácidos (H+) e neutralizam os íons (OH-), deslocando o equilíbrio para a direita.

←→

http://pt.wikipedia.org/wiki/Lim%C3%A3o

http://www.diaadia.pr.gov.br/tvpendrive/arquivos/File/imagens/3quimica/3peixe.jpg

Os resíduos alimentares que ficam na boca após as refeições são os principais responsáveis pela formação de caries (desmineralização do esmalte dos dentes). Ca5(PO4)3OH(s) 5Ca2+

(aq) + 3PO43-

(aq) + OH-(aq)

Uma das causas da cárie é a presença de bactérias aderidas ao esmalte dental, que fermentam os resíduos alimentares produzindo ácidos. A presença dos ácidos é confirmada pela queda do pH da boca após as refeições.

desmineralização

mineralização

http://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1rie

O refrigerante é uma solução supersaturada de gás carbônico (CO2).

Quando a garrafa é aberta, o sistema sofre uma perturbação que provoca a expulsão do excesso de gás dissolvido.H2O(l) + CO2(aq) H2CO3(aq)←

→

http://pt.wikipedia.org/wiki/Coca-Cola

O submarino russo Kursk afundou, em 12 de agosto de 1000, no mar de Barents, vitimando 118 tripulantes.

As mortes desses tripulantes ocorreram devido ao efeito da pressão, que no submarino era de 12 atmosferas. O aumento da pressão comprimiu os pulmões dos indivíduos, causando as mortes.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:USS_Queenfish;0839303.jpg

Dá para imaginar que em um aquário existam tantos sistemas químicos que possam ser descritos por equações matemáticas?

Há o equilíbrio de ionização da água; de solubilidade do gás oxigênio e gás carbônico; de acidez do ácido carbônico, etc.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fluvi%C3%A1rio_de_Mora_-_Aqu%C3%A1rio_3.JPG

No vinagre existe um equilíbrio homogêneo envolvendo o ácido acético:CH3COOH(aq) H+

(aq)+ CH3COO-(aq)

←→

No leite de magnésia existe um equilíbrio heterogêneo envolvendo o hidróxido de magnésio:Mg(OH)2(s) Mg2+

(aq)+ 2OH-(aq)←

→

Rosana N. R. Campos

Rosana N. R. Campos

Uma piscina bem tratada deve ter, entre outras coisas, um pH estável na faixa de 7,2 a 7,8 (o ideal é 7,5).

A absorção estomacal da aspirina envolve um deslocamento de equilíbrio.

• http://www.dxs.com.br/wordpress/images/peraltas_piscina.jpg

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mosul-swimming.jpg

A adição de ácido clorídrico a uma solução amarela de íons cromato (esquerda) faz com que ela fique alaranjada (direita).

Caso adicionássemos hidróxido de sódio, ela voltaria a ficar amarela. É o Princípio de Le Chatelier em ação!

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 % !

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:

H2(g) + I2(g) 2HI(g) DIRETA

INVERSA

Considerando a reação química:

H2(g) + I2(g) 2HI(g)

A velocidade direta será:

v1 = k1 [H2] [I2]

A velocidade inversa será:

v2 = k2 [HI]2

←→

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 [H2] [I2] e v2 = k2 [HI]2

Esse momento é chamado de Equilíbrio Químico.

V1= reação direta

H2 + I2 2 HI

V2= reação inversa

2 HI H2 + I2

H2 + I2 2 HI

V1= V2

←→

H2(g) + I2(g) 2 HI(g)←→1

2

te Caminho da reação

C

O

N

C

E

N

T

R

A

Ç

Ã

O

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

reação direta

reação inversa

Tempo

EQUILÍBRIO QUÍMICOV

elo

cid

ade

Equilíbrio

CARACTERÍSTICAS DO EQUILÍBRIO QUÍMICO

O equilíbrio químico é atingido quando as velocidades das reações direta e inversa se igualam.

Em conseqüência das velocidades direta e inversa serem iguais, as concentrações de todas as substâncias presentes no equilíbrio permanecem constantes.

O equilíbrio é dinâmico, as reações direta e inversa continuam ocorrendo.

O equilíbrio ocorre em um sistema fechado.

Toda reação reversível caminha espontaneamente para o equilíbrio, pois nele a energia armazenada é a menor possível (maior estabilidade).

Uma vez estabelecido o equilíbrio, suas características macroscópicas não variam mais. (macroscopicamente tudo para, microscopicamente tudo continua).

O sistema permanece em equilíbrio até que um fator externo venha modificá-lo.

Esse fator externo pode ser:concentração, temperatura ou

pressão.

FASES E EQUILÍBRIO

Equilíbrios podem ser:- HOMOGÊNEOS: todos os participantesformam uma única fase. Ex: H2(g) + Br2(g) 2HBr(g)

- HETEROGÊNEOS: todos os participantesformam mais que uma fase. Ex: CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)←→

←→

H2(g) + I2(g) 2HI(g)

*Sólido puro não participa do (Kc).CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

←→ 22

2

. IH

HIKc

←→

2COKc

(Kc) CONSTANTE DE EQUILÍBRIO EM TERMOS DE CONCENTRAÇÃO

H2(g) + I2(g) 2HI(g)

*Kp é só para gases.CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

←→

←→

(Kp) CONSTANTE DE EQUILÍBRIO EM TERMOS DE PRESSÃO

22

2

.pIpH

HIpKp

2pCOKp

1N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

Kp=Kc.(R.T)2-(1+3) Kp=Kc.(R.T)2-4

←→

RELAÇÃO ENTRE Kp e Kc

nTRKcKp ..

2.. TRKcKp

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

5- EXEMPLO - Cálculo da constante Kc

O PCl5 se decompõe, segundo a equação:

PCl5 PCl3 + Cl2

Ao iniciar havia 3,0 mol/L de PCl5 e ao ser alcançado o equilíbrio restou 0,5 mol/L do reagente não transformado. Calcular Kc.

←→

Fonte: AdaptaçãoUSBERCO, J.; SALVADOR, E. Química: volume único. 2ed. São Paulo: Saraiva, p. 368, 1998.

RESOLUÇÃO

A constante de equilíbrio será:

Kc = [PCl3].[Cl2] / [PCl5] = [2,5].[2,5] / [0,5]

Kc = 12,5 mol/L

PCl5(g) PCl3(g) Cl2(g)

início

proporção gasta gasta forma

equilíbrio

3- EXERCÍCIO

Escreva a expressão de Kc e Kp para os

seguintes equilíbrios:

a)CO(g) + Cl2(g) COCl2(g)

b) NH4Cl(s) NH3(g) + HCl(g)

c) 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)

d) CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

←→

←→

←→

←→

Fonte: CANTO, E. l.; PERUZZO, T. M. Química: volume único. 2 ed. São Paulo: Moderna, p. 228, 2003.

RESOLUÇÃO

22

22

2

23

22

2

23

33

2

2

2

2

)

)()(

)()

)

)

pCOKpCOKcd

pOpSO

pSOKp

OSO

SOKcc

pHClpNHKpHClNHKcb

pClpCO

pCOClKp

ClCO

COClKca

4- EXERCÍCIO

Na precipitação de chuva ácida, um dos ácidos responsáveis pela acidez é o ácido sulfúrico. Um equilíbrio envolvido na formação desse ácido na água da chuva é: 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)

Calcule o valor de Kc nas condições em que, reagindo-se 6mol/L de SO2 com 5mol/L de O2, obtêm-se 4mol/L de SO3 quando o sistema atinge o equilíbrio.

←→

Fonte: USBERCO, J.; SALVADOR, E. Química: volume único. 2ed. São Paulo: Saraiva, p. 365, 1998.

RESOLUÇÃO

Kc= 1,33

2SO2(g) O2(g) 2SO3(g)

início 6 mol 5 mol 0

proporção gasta 4 mol

gasta 2 mol

forma 4 mol

equilíbrio 2 mol 3 mol 4 mol

3

4

32

42

2

22

2

23 KcKcOSO

SOKc

Deslocamento do equilíbrio químico

(Princípio de Le Chatelier)

“Toda vez que o equilíbrio sofrer a ação de uma força,

ele se deslocará, para a esquerda ou para a direita,

no sentido de anular ou minimizar a ação desta

força.”

Qual a finalidade de provocar deslocamento num equilíbrio?

As reações químicas ocorrem sempre de modo a se estabelecer um equilíbrio, ou seja, elas nunca se completam.

Então, para se completarem num determinado sentido, é preciso romper esse equilíbrio.

Para tanto, utiliza-se excesso de um dos reagentes que vai provocar deslocamento tão intenso que será capaz de quase anular o processo contrário, rompendo assim o equilíbrio. Ex: álcool etílico + ácido acético acetato de etila + água

1 mol 1 mol Obtém-se apenas 66% de acetato.

50 mol 1 mol Obtém-se praticamente 100%

de acetato

←→

Fatores (agentes externos) que alteram a velocidade de reação

num equilíbrio.

1. Concentração dos participantes.

2. Temperatura.

3. Pressão.

*Obs.: O catalisador não desloca o equilíbrio, pois acelera igualmente as reações direta e inversa.

1 – Concentração dos participantes

(reagentes ou produtos).

* A adição ou aumento na concentração de uma substância X

(reagente ou produto) irá deslocar o equilíbrio no sentido em que a

substância é consumida (lado oposto).* A remoção ou diminuição na

concentração de uma substância X (reagente ou produto) irá deslocar o

equilíbrio no sentido em que a substância é produzida (mesmo lado).

1- 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. ( )

←→

Fonte: BENABOU, J.; RAMANOSKI, M. Química: volume único. São Paulo: Atual, p. 266, 2003.

N2(g) + 3H2(g) 2 NH3(g)

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

tempo

con

cen

traç

ão

amônia (produto)

nitrogênio (reagente)

hidrogênio (reagente)equilíbrio

H2(g) + I2(g) 2HI(g)

O aumento da [H2 ] desloca o equilíbrio para a direita, havendo consumo de I2 e produção de HI. O equilíbrio é restabelecido novamente no tempo T2, onde as concentrações de todas as substâncias presentes no equilíbrio não variam mais. Note que H2 foi acrescentado no tempo T1, pois há um aumento brusco de sua concentração.

2- EXEMPLO

←→

Fonte: SARDELA, A.; MATEUS, E. Curso de Química: volume 2. 10ed. São Paulo: Ática, p. 190, 1992.

H2

I2

HI

T1 T2

C

O

N

C

E

N

T

R

A

Ç

Ã

O

H2 + I2 2 HI

Perturbação do equilíbrio

A + B adição

A + B

A + B

A + B remoção

C + D remoção

C + D

C + D adição

C + D

2 - Influência das variações na temperatura

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Pakkanen.jpg

Um aumento na temperatura provoca o deslocamento do equilíbrio no sentido da reação que absorve calor ΔH>0. (reação endotérmica).

Uma diminuição na temperatura provoca o deslocamento do equilíbrio no sentido da reação que libera calor ΔH<0. (reação exotérmica).

Portanto, na produção de amônia o reator deve estar permanentemente resfriado !

3- EXEMPLO

A síntese da amônia é exotérmica

N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) ΔΗ= -17 Kcal/mol

I- um aumento na temperatura favorece o sentido da reação endotérmica.( )

II- um resfriamento (diminuição na temperatura favorece a síntese da amônia, ou seja, o sentido direto, reação exotérmica.( )

←→

Fonte: BENABOU, J.; RAMANOSKI, M. Química: volume único. São Paulo: Atual, p. 268, 2003.

3-Influência das variações

na pressão total

p= 1atm

V= 2LV= 1L

p= 2atm

Um aumento na pressão total (redução de volume) provoca um deslocamento do

equilíbrio no sentido do menor número de mols gasosos.

Uma diminuição na pressão total (aumento de volume) provoca um deslocamento do

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.

Se a diferença de mol gasoso for nula a variação de pressão não desloca o equilíbrio.

4- EXEMPLO

Na síntese da amônia ocorre diminuição no número de mols gasosos.

1 N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)

I- um aumento na pressão desloca o equilíbrio no sentido de menor volume, menor no de mol.

( )II - uma redução de pressão desloca o

equilíbrio no sentido de maior volume, maior no de mol.

( )

←→

Fonte: NOBREGA, O. S.; SILVA, E. R.; SILVA, R. H. Química: volume único. 1ed. São Paulo: Ática, p. 473, 2005.

1- EXERCÍCIO

Para a reação em equilíbrio:

PCl3(g) + Cl2(g) PCl5(g)

Diga qual é o efeito de cada um dos seguintes fatores sobre o equilíbrio inicial:

a)adição de PCl3;

b) remoção de Cl2;

c) adição de catalisador;

d) diminuição do volume do recipiente.

←→

Fonte: USBERCO, J.; SALVADOR, E. Química: volume único. 2ed. São Paulo: Saraiva, p. 375, 1998.

RESOLUÇÃO

Para a reação em equilíbrio:

PCl3(g) + Cl2(g) PCl5(g)

a) adição de PCl3 desloca o equilíbrio para a direita.

b) remoção de Cl2 desloca o equilíbrio para a esquerda.

c) adição de catalisador não desloca o equilíbrio.

d) diminuição do volume do recipiente desloca o equilíbrio para a direita.

←→

2- EXERCÍCIO

O poluente dióxido de enxofre converte-se em trióxido de enxofre por reação com o oxigênio:

2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) ΔH= -198KJ

Sobre esse equilíbrio, realizado em recipiente fechado, qual é o efeito de se:

a)adicionar SO2?

b) remover O2?

c) aumentar a temperatura?

d) aumentar a pressão?

←→

Fonte: SARDELA, A.; MATEUS, E. Curso de Química: volume 2. 10ed. São Paulo: Ática, p. 192, 1992.

RESOLUÇÃO

2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) ΔH= -198KJ

a)adicionando SO2 o equilíbrio é deslocado para a direita.

b) removendo O2 o equilíbrio é deslocado para a esquerda.

c) Aumentando a temperatura favorece a reação endotérmica e o equilíbrio é deslocado para a esquerda.

d) aumentando a pressão o equilíbrio é deslocado para o lado de menor volume, ou seja, para a direita.

←→