Fsico - Qumica

Fsica e QumicaCurso Profissional de Gesto de Equipamentos InformticosMdulo Q3: Reaes Qumicasescola secundria da Quinta das flores

Ficha Informativa

NOME: ____________________________________________________________ 11. Ano TurmaJN. ____

REAES INCOMPLETAS E EQUILBRIO QUMICOA Reversibilidade das reaes qumicasReaes reversveisAs grutas, numa regio calcria, resultam da eroso provocada pelas guas da chuva infiltradas no solo que apresentam caractersticas cidas devido presena de CO2 dissolvido proveniente da atmosfera (gua da chuva), ao qual se junta o CO2 proveniente da decomposio da matria orgnica do prprio solo. Estas guas, moderadamente cidas, vo reagir lentamente com o calcrio dos solos, dissolvendo-o, originando buracos alagados e cavidades.CaCO3 (s) + CO2 (g) + H2O () Ca2+ (aq) + 2HCO3- (aq) reao 1O gotejar contnuo a partir do tecto da gruta origina a precipitao do carbonato de clcio. No ambiente da gruta, a concentrao de CO2 relativamente baixa e a reao 1 d-se no sentido inverso originando a precipitao de carbonato de clcio segundo a equao qumica:Ca2+ (aq) + 2HCO3- (aq) CaCO3 (s) + CO2 (g) + H2O () reao 2As reaes 1 e 2 dizem-se reversveis porque So inversas uma da outra. Ocorrem em condies que podem ser as mesmas. Tm velocidades diferentes. Podem representar-se pela seguinte equao qumica:CaCO3 (s) + CO2 (g) + H2O () Ca2+ (aq) + 2HCO3- (aq)O smbolo constitudo pelas duas setas com sentidos opostos traduz essa reversibilidade.Reao directa sentido da esquerda para a direita. Considera-se como reagentes as espcies que se encontram esquerda do smbolo Reao inversa sentido da direita para a esquerda. Considera-se como reagentes as espcies que se encontram direita do smbolo .Equilbrio qumico como exemplo de um equilbrio dinmicoNa linguagem corrente a palavra equilbrio associa-se a situaes de equilbrio esttico (equilbrio de uma ginasta a fazer o pino, equilbrio de corpos assentes numa superfcie, equilbrio de uma ponte). No equilbrio esttico as posies no variam no tempo.Mas a caracterizao de equilbrio qumico, exige uma designao mais adequada que a de equilbrio dinmico.Em sistemas fechados, muitas reaes no so completas e os produtos comeam a reagir de forma a produzir os reagentes originais.

Grfico IA variao das concentraes vai-se tornando menos acentuada desde o incio da reao at ao instante t, em que o equilbrio foi atingido.No instante t0 somente pode ocorrer a reao no sentido da formao dos produtos: A + B C + D (reao directa).Aps a formao dos produtos pode iniciar-se a reao no sentido contrrio, ou seja, de se regenerar os reagentes: C + D A + B (reao inversa).

Grfico IIA velocidade da reao directa diminui com o tempo devido diminuio da concentrao dos reagentes (menor nmero de choques efectivos) e ao mesmo tempo, a velocidade da reao inversa aumenta devido ao aumento da concentrao dos produtos.A partir do instante t, parece que nada acontece e nenhuma alterao macroscpica se evidencia. A partir deste momento o sistema encontra-se em equilbrio dinmico: A concentrao de reagentes e produtos mantm-se constante. A velocidade da reao directa iguala a da reao inversa.Os intervenientes no se esgotam no decorrer do tempo e o equilbrio atinge-se independentemente de se partir de reagentes ou de produtos.

Classificao de um equilbrio qumico em relao s fases dos seus componentes Equilbrio homogneo quando todos os intervenientes no sistema se encontram na mesma fase (estado fsico).Exemplo: H2 (g) + I2 (g) 2HI (g) Equilbrio heterogneo quando os intervenientes no sistema se encontram, pelo menos, em duas fases.Exemplo: CacO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)

B Aspectos quantitativos do equilbrio qumicoConstante de equilbrio, KCGuldberg e Waage mostraram que o equilbrio pode ser atingido a partir de qualquer dos lados da reao. Qualquer reao de equilbrio uma competio entre as reaes directa e inversa. Considere-se a reao de sntese do amonaco:N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) Nas linhas A, B e C e colunas 1, 2 e 3 da tabela seguinte esto registadas as composies de equilbrio dos sistemas obtidos em trs experincias, partindo de diferentes composies iniciais de N2(g), H2(g) e NH3(g), sempre temperatura de 500K. Nas colunas 4,5 e 6 da tabela apresentam-se os valores obtidos para trs combinaes matemticas diferentes das concentraes cs componentes da mistura reaccional.123456

[N2]/mol dm-3[H2]/mol dm-3[NH3]/mol dm-3

A0,9210,7630,1570,2230,03516,025 x 10-2

B0,3991,1970,2030,4250,08636,022 x 10-2

C2,592,771,820,2540,4626,017 x 10-2

Valor mdio da coluna 66,02 x 10-2

Tratamento de resultados experimentais, segundo Guldberg e WaageNa coluna 6, verifica-se uma combinao das concentraes de equilbrio que se pode considerar constante. Assim, a constante de equilbrio para a reao indicada :

Ser que o valor da constante de equilbrio depende da temperatura?Quando se faz variar a temperatura do mesmo sistema reaccional [N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)], mantendo as concentraes iniciais constantes, verifica-se que:Temperatura (K)KC

5006,02 x 10-2

8003,92 x 10-2

10003,80 x 10-3

Assim, pode concluir-se que o valor da constante de equilbrio depende da temperatura do sistema reaccional.

Resumindo:Para um equilbrio homogneo e para qualquer reao representada por:aA + bBcC + dD temperatura T possvel caracterizar a composio da mistura reaccional em equilbrio atravs de uma constante KC designada por constante de equilbrio, que s depende da temperatura.

Quociente da reao e o sentido predominante da reaoPara saber se um determinado sistema reversvel se encontra ou no em equilbrio, pode utilizar-se uma relao semelhante da constante de equilbrio, quociente da reao (Q). Nesta relao, a composio dos reagentes e produtos da reao diferente da do equilbrio. Assim, depois de determinar, o quociente da reao, pode-se comparar com o valor da constante de equilbrio, indicar o sentido em que o sistema vai evoluir at atingir uma nova posio de equilbrio. Se , o sistema est em equilbrio qumico. Se , o sistema evolui no sentido da formao de produtos (sentido directo). Se , o sistema evolui no sentido da formao dos reagentes (sentido inverso).

Exerccio resolvidoMisturaram-se num recipiente fechado de capacidade e temperatura de , de dihidrognio, de diazoto e de amonaco. Sabendo que, quela temperatura, , indique como evoluir a reao no caso de estar em desequilbrio.N2 (g) + 3H2 (g) 2 NH3 (g)

Clculo de Q

Comoa mistura est em desequilbrio e como , o sistema evolui no sentido da formao dos reagentes (sentido inverso)

Relao entre KC e a extenso da reaoPara uma reao temperatura T, traduzida genericamente pela equao qumica:aA + bBcC + dDa expresso da constante de equilbrio da reao directa, KC, uma fraco, , em que: O numerador est relacionado com as concentraes dos produtos; O denominador est relacionado com as concentraes dos reagentes.

Se a reao for escrita de forma inversa,cC + dDaA + bBa constante designar-se- por KC e ter, obviamente, outro valor:

Se a reao qumica original for multiplicada por um factor nnaA + nbBncC + ndDa expresso da constante de equilbrio apresenta-se como:

A partir dos valores de KC possvel tirar as seguintes concluses no que diz respeito extenso da reao. Assim, 1. , a reao muito extensa no sentido directo e pouco extensa no sentido inverso.2. , a reao to extensa no sentido directo como no inverso.3. , a reao pouco extensa no sentido directo e muito extensa no sentido inverso.

C Equilbrios e desequilbrios de um sistema reaccionalFactores que influenciam a evoluo do sistema reaccional e o Princpio de LeChtelierSempre que se provoca qualquer perturbao num estado de equilbrio, o sistema reaccional entre em desequilbrio e a reao vai evoluir espontaneamente, num ou noutro sentido, para um novo estado de equilbrio.O Princpio de LeChtelier apenas sugere um efeito qualitativo; no fornece uma explicao dos factos, nem to pouco faz previses quantitativas. Pode considerar-se ser mais uma regra do que um princpio fundamental e, para o perceber, preciso pensar no que acontece s partculas na mistura reaccional.O seu enunciado, num arranjo simplificado, poder ser:Se um sistema em equilbrio sujeito a uma variao na presso, na temperatura ou na quantidade qumica de um componente, haver tendncia para a evoluo da reao no sentido em que se reduz o efeito dessa alterao.Os factores que podem provocar, directa ou indirectamente, a alterao do estado de equilbrio, so:1. Composio da mistura reaccional2. Presso, no caso de um ou mais componentes da mistura reaccional serem gases3. Temperatura

1. Princpio de LeChteliere a composio da mistura reaccional, a temperatura constanteSupor que se estabeleceu o equilbrio num sistema reaccional entre as substncias A, B, C e D.A(aq) + 2B(aq) C(aq) + D(aq)1.1. Que acontecer ao sistema reaccional em equilbrio quando se aumenta a concentrao de um dos reagentes (ou quando se diminui a quantidade de um dos produtos)?De acordo com o Princpio de LeChtelier, o sistema ir evoluir no sentido de contrariar a alterao efectuada. Isto significa que o sistema ir evoluir no sentido de diminuir a concentrao dos reagentes (ou aumentar a concentrao dos produtos), outra vez. Assim, a reao ir evoluir no sentido directo (semi-seta para a direita), mantendo KC.1.2. Que acontecer ao sistema reaccional em equilbrio quando se diminui a concentrao de um dos reagentes (ou quando se aumenta a quantidade de um dos produtos)?De acordo com o Princpio de LeChtelier, o sistema ir evoluir no sentido de contrariar a alterao efectuada. Isto significa que o sistema ir evoluir no sentido de aumentar a concentrao dos reagentes (ou diminuir a concentrao dos produtos), outra vez. Assim, a reao ir evoluir no sentido inverso (semi-seta para a esquerda), mantendo KC.

2. Princpio de LeChtelier e a presso, a temperatura constanteS se aplica a sistemas reaccionais que envolvem, pelo menos, uma substncia no estado gasoso.2.1. Que acontecer ao sistema reaccional em equilbrio quando se aumenta a presso (ou diminui o volume)?De acordo com o Princpio de LeChtelier, o sistema ir evoluir no sentido de contrariar a alterao efectuada. Isto significa que o sistema ir evoluir no sentido em que h diminuio de presso (ou aumento de volume), isto no sentido da formao do menor nmero de moles gasosas, mantendo KC.

2.2. Que acontecer ao sistema reaccional em equilbrio quando se diminui a presso (ou aumenta o volume)?De acordo com o Princpio de LeChtelier, o sistema ir evoluir no sentido de contrariar a alterao efectuada. Isto significa que o sistema ir evoluir no sentido em que h aumento de presso (ou diminuio de volume), isto no sentido da formao do maior nmero de moles gasosas, mantendo KC.

2.3. Que acontecer quando existe o mesmo nmero de partculas no estado gasoso em ambos os lados da equao que traduz o equilbrio qumico?Neste caso, aumentar ou diminuir a presso no tem efeito na evoluo do sistema reaccional.

3. Princpio de LeChtelier e a temperatura3.1. Que acontecer ao sistema reaccional em equilbrio quando se aumenta a temperatura?De acordo com o Princpio de LeChtelier, o sistema ir evoluir no sentido de contrariar a alterao efectuada. Isto significa que o sistema ir evoluir no sentido que faa reduzir novamente a temperatura, isto , no sentido da reao endotrmica.3.2. Que acontecer ao sistema reaccional em equilbrio quando se diminui a temperatura?De acordo com o Princpio de LeChtelier, o sistema ir evoluir no sentido de contrariar a alterao efectuada. Isto significa que o sistema ir evoluir no sentido que faa aumentar novamente a temperatura, isto , no sentido da reao exotrmica.

O Princpio de Le Chtelier e os catalisadoresA adio de um catalisador a um sistema em equilbrio no altera o estado de equilbrio e no se lhe aplica o Princpio de LeChtelier.A explicao para esta situao reside no facto de o catalisador aumentar a velocidade da reao directa exactamente da mesma forma que o faz para a reao inversa.Como no afecta as velocidades relativas das duas reaes no afecta o estado de equilbrio.Ento, qual ser a razo de se utilizar um catalisador?Para que se estabelea um equilbrio dinmico, as velocidades das reaes, directa e inversa, tm de ser iguais, o que no sucede instantaneamente. Para uma reao muito lenta o alcance do equilbrio pode levar anos! A aco do catalisador a de aumentar a velocidade da reao de forma a alcanar um equilbrio dinmico, num curto intervalo de tempo.

Ano Letivo 2014/2015