CINÉTICA e equilíbrio dinâmico

EQUILÍBRIO QUÍMICO
Profa. Loraine Jacobs
DAQBI
[email protected]
http://paginapessoal.utfpr.edu.br/lorainejacobs
Equilíbrio Dinâmico

É a parte da físico-química que estuda as
reações reversíveis e as condições para o
estabelecimento do equilíbrio.
Reação reversível X Reação Irreversível
Água
Combustão
- Características do Equilíbrio
- Constantes de Equilíbrio
- Deslocamento de Equilíbrio e Princípio de Le Chatelier
Características do Equilíbrio

Reações Diretas e Inversas
Características do Equilíbrio

Reações Diretas e Inversas
Vel. de Evaporação
Vel. de Condensação
a) As
moléculas
podem
se
movimentar para a fase gasosa
livremente pois não há vapor
presente.
b) Na presença de vapor o gás pode
chocar-se com o vapor
e a
condensação começa a competir
com a vaporização.
c) A velocidade de condensação se
iguala a de vaporização e ambas
continuam ocorrendo no sistema.
Características do Equilíbrio

Equilíbrio Dinâmico
◦ Ocorre quando a velocidade do processo direto
e inverso se igualam
◦ As velocidades não vão a Zero, os processos
continuam ocorrendo.
◦ As concentrações de reagentes e produtos
permanecem constantes.
Características do Equilíbrio

Condições necessárias para estabelecer o
equilíbrio.
◦ Reação Reversível
◦ Sistema Fechado
◦ Manutenção de Temperatura e Pressão
Equilíbrio Dinâmico

Reação Reversível
◦ É a reação na qual os reagentes se
transformam nos produtos, e estes, à medida
que se formam, regeneram os reagentes
iniciais.
◦ Reação completa  Incolor
Equilíbrio Dinâmico

Reação Reversível
◦ Equilíbrio estabelecido sem consumo total dos
reagentes
Equilíbrio Dinâmico

Reação Reversível
◦ Reação Inversa: CO2(g) + NO(g)  CO(g) +NO2(g)
Equilíbrio Dinâmico

Reação Reversível
◦ Sempre representadas por 
 Exemplos:
2NO2(g)  N2O4(g)
H2(g) + I 2(g)  2HI(g)
N2(g) + 3H2(g)  2NH3(g)
2SO2(g) + O2(g)  2SO3(g)
(298K)
(673K)
(773K)
(973K)
◦ As reações da química analítica, as reações na natureza
e os principais processos industriais de produção de
substâncias são em sua maioria reversíveis, ou seja,
desenvolvem-se ao mesmo tempo e em direções
opostas.
Reações no Equilíbrio

As reações químicas atingem um estado de
equilíbrio dinâmico no qual a velocidade das
reações direta e inversa são iguais.

Todos os equilíbrios são dinâmicos – Não há
alteração no equilíbrio mas as reações direta e
inversa estão ocorrendo.
Reações no Equilíbrio
Reações no Equilíbrio


Velocidade da reação Direta  v1=k1.[CO].[NO2]
Velocidade da reação Inversa  v2 = k2.[CO2].[NO]
Características do Equilíbrio

Relações Matemáticas
◦ Tendo a seguinte reação genérica
RP
◦ Sabemos que Vdireta = Vinversa pelo conceito de
equilíbrio.
◦ Pela lei de velocidade teremos que:
Vdireta = kdireta.[R] e Vinversa = kinversa.[P]
Características do Equilíbrio

Relações Matemáticas
◦ Se Vdireta = Vinversa podemos escrever:
kdireta.[R]eq = k inversa.[P]eq
kdireta [P]eq
=
= constante
kinversa [R]eq
Equilíbrio Dinâmico

Expressão de Equilíbrio (Lei de Ação das Massas)
◦ Para uma reação química geral:
aA(g) + bB(g)  cC(g) +dD(g)
◦ Podemos definir uma proporção de concentrações:
Q = [C]c.[D]d
[A]a.[B]b
◦ Esta proporção quando o Sistema não está em
equilíbrio é chamada de quociente de reação (Q).
Equilíbrio Dinâmico

Expressão de Equilíbrio (Lei de Ação das Massas)
◦ Quando o Sistema está em equilíbrio, para a mesma
reação:
aA(g) + bB(g)  cC(g) +dD(g)
◦ Podemos
definir
também
uma
proporção
de
concentrações neste caso quando o sistema está em
equilíbrio é chamada de constante de equilíbrio (K)
K = [C]ceq.[D]deq
[A]aeq.[B]beq
Equilíbrio Dinâmico

Exercício 01:
◦ Para o processo BMA utilizado para produzir HCN temos
a seguinte reação:
NH3(g) + CH4(g)  HCN(g) + 3H2(g)
◦ Considerando que o processo seja realizado em sistema
fechado e que os produtos não sejam removidos,
escreva a expressão de equilíbrio desta reação.
K = [HCN].[H2]3
[NH3].[CH4]
Equilíbrio Dinâmico
“A constante de equilíbrio K tem a
mesma forma de Q, quociente da
reação, exceto porque usa as
atividades no equilíbrio”.
Constante de Equilíbrio

Analisando Q e K
Grau de Equilíbrio - 
◦ É o quociente entre a quantidade de um
reagente (em mols) que realmente reagiu, até
o equilíbrio, e a quantidade inicial de mols
desse reagente.
Grau de Equilíbrio - 
◦  próximo de 1 (ou % próximo de 100%):
no equilíbrio, sobram apenas pequenas
quantidades de reagentes, a extensão (ou
rendimento) da reação é grande;
◦  próximo de zero (ou % próximo de zero):
no equilíbrio, sobram grandes quantidades de
reagentes (sem reagir), a reação tem uma
extensão (ou rendimento) reduzida.
Equilíbrio Dinâmico

Equilíbrios de Fase Gasosa
◦ Quando utilizadas as concentrações molares
(quantidade de matéria)- Kc
◦ Quando utilizadas as Pressões Parciais – Kp
◦ Dada a reação:
aA(g) + bB(g)  cC(g) +dD(g)
◦ Podemos escrever:
K = [Pc]ceq.[PD]deq
[PA]aeq.[PB]beq
Equilíbrio Dinâmico

Equilíbrios de Fase Gasosa
◦ Lembrando que PV = n.R.T
◦ Obteremos que
Kp = Kc.R.T(∆ngas)
◦ Sendo ∆ngas o número de mols de gás do produto
menos o número de mols de gás do reagente.
◦ Para que Kp = Kc o valor de ∆ngas deve ser = 0
Equilíbrio Homogêneo
e Heterogêneo
Equilíbrio Dinâmico

Equilíbrios Homogêneos: reagentes e produtos
estão na mesma fase, gasosa ou aquosa.

Equilíbrios Heterogêneos: Reagentes puros
presentes
na
fase
líquida
ou
sólida
(concentrações não variam com a reação)
Equilíbrio Dinâmico

Equilíbrio Heterogêneo
◦ Ex: Decomposição do CaCO3
CaCO3(s)  CaO(s) + CO2(s)
Muito CaCO3(s), pouco CaO
Pouco CaCO3(s), muito CaO
Equilíbrio Dinâmico

Equilíbrio Heterogêneo
CaCO3(s)  CaO(s) + CO2(s)
◦ Neste caso como não há influência do CaCO3(s) e do
CaO(s) a constante de equilíbrio é dada por:
K = [CO2]
Equilíbrio Dinâmico

Exercício 02:
◦ Os íons cianeto precipitarão de uma solução que
também contém íons prata, como descrito pelo
seguinte equilíbrio:
Ag+(aq) + CN-(aq)  AgCN(s)
◦ Escreva a expressão de equilíbrio para essa reação:
K=.
1
[Ag+].[CN-]
.
Equilíbrio Dinâmico
1) Com relação ao equilíbrio químico, afirma-se:
I. O equilíbrio químico só pode ser atingido em sistema fechado
(onde não há troca de matéria com o meio ambiente).
II. Num equilíbrio químico, as propriedades macroscópicas do
sistema (concentração, densidade, massa e cor) permanecem
constantes.
III. Num equilíbrio químico, as propriedades microscópicas do
sistema (colisões entre as moléculas, formação de complexos
ativados e transformações de umas substâncias em outras)
permanecem em evolução, pois o equilíbrio é dinâmico.
É (São) correta(s) a(s) afirmação(ões):
a) Somente I e II.
d) Somente I.
b) Somente I e III. e) I, II e III.
c) Somente II e III.
Equilíbrio Dinâmico
2) O pentacloreto de fósforo é um reagente muito importante
em Química Orgânica. Ele é preparado em fase gasosa através
da reação:
Um frasco de 3,00 L contém as seguintes quantidades de equilíbrio, a 200 °C:
0,120 mol de PCl5; 0,600 mol de PCl3; e 0,0120 mol de Cl2.
- Calcule o valor da constante de equilíbrio, em (mol/L)-1, a essa temperatura.
Sugestão: Com as quantidades de mols e o volume do recipiente, calcule as
concentrações em mol/L das substâncias.
Equilíbrio Dinâmico
3) Escreva as expressões matemáticas da constante Kc,
dando as respectivas unidades, dos seguintes equilíbrios em
fase gasosa: