Aula: Equilíbrio Químico
(Cap. 9, 10 e 11 - Atkins Cap. 16, 17 e 18 – vol.2 - Kotz)
ACH4064 – LQRQ 2
Káthia M. Honório
2º semestre/2017
Reações e Equilíbrio Químico
SOLUÇÃO: pasta de dente!!!
Reações e Equilíbrio Químico
Algumas reações parecem gastar todos os reagentes:
Na realidade, permanecem pequenas quantidades de reagentes, sendo mais correto escrever:
Equilíbrio de uma reação
hipotética
Reação lenta, hipotética:
A + B C + D
reagentes produtos
Evolução da reação A + B C + D
t0 : reagentes A + B A+B →
t1: reagentes A+B diminuiram, foram gastos parcialmente e houve
formação de alguns produtos C+D
A+B → C+D
t2: o equilíbrio é estabelecido, formação de C+D é compensada
pela formação de A+B A+B C+D
Equilíbrio e Tempo
t0 : A + B →
t1: A + B → C + D
t2: A + B C + D
A
B
C ou D
t t0 t1 t2
Considere o N2O4 congelado e incolor. À temperatura
ambiente, ele se decompõe em NO2 (marrom):
N2O4(g) 2NO2(g)
Em um determinado momento, a cor pára de alterar e tem-se
a mistura de N2O4 e NO2.
Equilíbrio químico: ponto em que as concentrações de
todas as espécies são constantes.
Conceito de Equilíbrio
Químico
incolor Castanho
Utilizando o modelo de colisão para N2O4(g) 2NO2(g):
À medida que a quantidade de NO2 aumenta, há uma
chance de duas moléculas de NO2 colidirem para
formar N2O4.
No início da reação, não existe nenhum NO2,
• não ocorre a reação inversa (2NO2(g) N2O4(g)).
Conceito de Equilíbrio
Químico
Ponto no qual a velocidade de decomposição:
N2O4(g) 2NO2(g)
se iguala à velocidade de dimerização:
2NO2(g) N2O4(g).
Equilíbrio dinâmico
Equilíbrio dinâmico: a reação não parou, as
velocidades opostas são iguais.
Conceito de Equilíbrio
Químico
Conceito de Equilíbrio
Químico
À medida que a substância esquenta, ela começa a se decompor:
N2O4(g) 2NO2(g)
Mistura de N2O4 (inicialmente presente) e NO2
(inicialmente formado): marrom claro.
Quando NO2 suficiente é formado, ele pode reagir para formar N2O4:
2NO2(g) N2O4(g).
Conceito de Equilíbrio
Químico
Equilíbrio: tanto N2O4 reage para formar NO2, quanto NO2
reage para formar outra vez N2O4:
A seta dupla significa que o processo é dinâmico.
Considere
Reação direta: A B Velocidade = kf [A]
Reação inversa: B A Velocidade = kr [B]
No equilíbrio: kf [A] = kr [B].
Conceito de Equilíbrio
Químico
Equilíbrio:
À medida que a reação ocorre:
[A] diminui para uma constante,
[B] aumenta de zero para uma constante.
Quando [A] e [B] são constantes, o equilíbrio é
alcançado.
Alternativamente:
kf [A] diminui para uma constante,
kr [B] aumenta de zero para uma constante.
Quando kf [A] = kr [B], o equilíbrio é alcançado.
A B
Conceito de Equilíbrio
Químico
Considere o processo de obtenção da amônia:
Inicialmente: uma mistura de nitrogênio e hidrogênio
(em quaisquer proporções)
• reação alcançará o equilíbrio com uma concentração
constante de N2, H2 e NH3.
Alternativamente: se houver apenas amônia (nenhum
nitrogênio ou hidrogênio)
• reação prosseguirá e N2 e H2 serão produzidos até
que o equilíbrio seja alcançado.
Conceito de Equilíbrio
Químico
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
Não importa a composição inicial de reagentes e produtos: a mesma proporção de concentrações é alcançada no equilíbrio.
Constante de Equilíbrio
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
Reação geral na fase gasosa (pressões parciais):
Constante de equilíbrio:
onde Keq é constante de equilíbrio.
Constante de Equilíbrio
Reação geral (todas espécies em solução):
Constante de equilíbrio (em termos de concentração):
onde Keq é A constante de equilíbrio.
Constante de Equilíbrio
Keq: baseado nas concentrações em quantidade de
matéria de reagentes e produtos no equilíbrio.
Keq: não há unidade.
Expressão da constante de equilíbrio: razão
produtos/reagentes.
O mesmo equilíbrio é estabelecido não importando
como a reação começou.
Constante de Equilíbrio
Ordem de grandeza das constantes de equilíbrio
Constante de equilíbrio, K: razão entre produtos e
reagentes.
Quanto maior for K: mais produtos estarão presentes no
equilíbrio.
Quanto menor for K: mais reagentes estarão presentes
no equilíbrio.
Se K >> 1: produtos predominam no equilíbrio.
Constante de Equilíbrio
Ordem de grandeza das constantes de equilíbrio
Se K << 1: reagentes predominam no equilíbrio.
Constante de Equilíbrio
O sentido da equação química e Keq
Equilíbrio: abordado a partir de qualquer sentido.
Exemplo:
Constante de Equilíbrio
O sentido da equação química e Keq
Sentido inverso:
Constante de Equilíbrio
Outras maneiras de manipular as
equações químicas e os valores de Keq
Reação:
é o quadrado da constante de equilíbrio para
Constante de Equilíbrio
Outras maneiras de se trabalhar as equações
químicas e os valores de Keq
Constante de equilíbrio para o sentido inverso: é o
inverso daquela para o sentido direto.
Quando uma reação é multiplicada por um
número: constante de equilíbrio é elevada àquela
potência
Constante de Equilíbrio
Todos os reagentes e produtos estão em uma fase:
Equilíbrio Homogêneo.
Se um ou mais reagentes ou produtos estão em uma
fase diferente: Equilíbrio Heterogêneo.
Por exemplo,
experimentalmente, a quantidade de CO2 não parece
depender das quantidades de CaO e CaCO3.
Por quê?
Equilíbrios Heterogêneos
A concentração de um sólido ou um líquido puro
é sua densidade dividida pela massa molar.
Nem a densidade nem a massa molar é uma
variável, as concentrações de sólidos e líquidos
puros são constantes.
Equilíbrios Heterogêneos
Pode-se ignorar as concentrações de líquidos
puros e sólidos puros nas expressões das
constantes de equilíbrio.
Quantidade de CO2 formada não dependerá
das quantidades de CaO e CaCO3 presentes.
Kc = [CO2]
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)
Equilíbrios Heterogêneos
Equilíbrios Múltiplos
Equilíbrios Múltiplos - Exemplo
Etapas:
Colocar em uma tabela as concentrações iniciais e no equilíbrio
(ou pressões parciais) fornecidas.
Se a concentração inicial e no equilíbrio é fornecida para uma
espécie, calcular a variação na concentração.
Usar a estequiometria na linha de variação da concentração
apenas para calcular as variações nas concentrações de todas
as espécies.
Deduzir as concentrações no equilíbrio de todas as espécies.
Normalmente, a concentração inicial de produtos é zero.
(Este não é sempre o caso.)
Cálculo - Constante de
Equilíbrio
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2. Equilíbrio Ácido-Base
3. Equilíbrio de solubilização/
precipitação