Equilíbrio Químico

Equilíbrio Químico
É uma reação reversível
na qual a velocidade da
reação direta é igual à
velocidade da reação
inversa.
CLASSIFICAÇÃO DAS REAÇÕES
Uma reação química diz-se completa
quando leva ao esgotamento de pelo
menos um dos reagentes.
Uma reação química diz-se
incompleta quando no final existe
uma mistura de todos os reagentes e
de todos os produtos da reação.
CLASSIFICAÇÃO DAS REAÇÕES
Reações irreversíveis são reações em
que, mesmo em sistema fechado, os
produtos da reação não reagem entre
si para regenerar os reagentes.
Reações reversíveis são reações em
que, em sistema fechado, os produtos
da reação reagem entre si
regenerando os reagentes.
Reação direta e reação inversa
Nas reações reversíveis coexistem as
reações direta em que os reagentes
originam os produtos de reação e inversa
em que os produtos de reação regeneram
os reagentes.
Reação direta
Reação inversa
A e B - são os reagentes;
C e D - são os produtos da reação;
a, b, c, d - são os coeficientes
estequiométricos;
Vd - é a velocidade da reação direta;
Vi - é a velocidade da reação inversa.;
Convenções usadas na representação
das reações direta e inversa.
Reação direta ou
Sentido direto da reação
Transformação
representada na equação
química com a seta a
apontar para a direita: 
Reação inversa ou
Sentido inverso da reação
Transformação representada
na equação química com a
seta a apontar para a
esquerda: 
Reagentes do lado esquerdo Produtos da reação do lado
e produtos da reação do
esquerdo e reagentes do
lado direito.
lado direito.
Velocidade das reações no equilíbrio
V1 – velocidade da reação direta.
V2 – velocidade da reação inversa.
No equilíbrio químico não há
alteração das propriedades
macroscópicas (pressão,
volume, temperatura, cor…)
do sistema reacional.
No equilíbrio a velocidade da reação direta é
igual à velocidade da reação inversa.
Velocidade das reações no equilíbrio
De acordo com
a teoria das
colisões:
No início existe um maior número de choques entre as
moléculas dos reagentes (estão em maior quantidade) por isso
a velocidade da reação direta é máxima e a velocidade da
reação inversa é nula.
À medida que a reação prossegue, diminui o número das
moléculas dos reagentes e aumenta o número de moléculas
dos produtos da reação, logo a velocidade da reação direta
diminui e a velocidade da reação inversa vai
Velocidade das reações no equilíbrio
Há situações em que a concentração dos reagentes e dos
produtos da reação se mantém constante mesmo em
sistema aberto – o sistema está num estado estacionário
Formação e
decomposição do ozono
Concentração das
espécies reacionais
Reação direta:
• Começa a desenrolar-se
logo no início;
• A rapidez vai diminuindo à
medida que diminui a
quantidade de reagentes.
Reação inversa:
• Ocorre logo que se
começam a formar os
produtos;
• A sua rapidez aumenta
progressivamente.
Em determinado instante a rapidez da
reação direta e inversa igualam-se
tornando-se constantes as concentrações
de cada espécie química.
Concentração das
espécies reacionais
As variações de concentração
tornam-se cada vez menos
acentuadas;
Por fim, a concentração de todas
as espécies químicas fica
constante o que significa que se
atingiu o equilíbrio químico.
A reação direta e a
reação inversa
continuam a ocorrer
com igual velocidade.
EQUILÍBRIO
A concentração das
substâncias presentes
mantém-se constante.
QUÍMICO
Não há mudanças
observáveis nas propriedades
macroscópicas do sistema
(cor, pressão, temperatura…
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Evolução do sistema para o
estado de equilíbrio
Características do equilíbrio químico
N2 (g) + 3 H2 (g)  2 NH3 (g)
A reação de síntese
do amoníaco
também atinge o
equilíbrio químico
em sistema
fechado.
Quando todos os reagentes e produtos estão na
mesma fase temos um equilíbrio químico homogéneo.
Curvas de variação das concentrações dos reagentes e
dos produtos de reação em função do tempo
Evolução temporal
das concentrações de
H2, N2 e NH3, partindo
de uma situações em
que existe apenas NH3
no vaso reacional.
Evolução temporal das
concentrações de H2, N2 e NH3,
partindo de uma situações em que
N2 e H2 têm o dobro da
concentração de NH3.
Há uma infinidade de estados de
equilíbrio que se podem obter a partir
de diferentes concentrações iniciais.
EQUILIBRIO QUÍMICO
Uma das reações associadas ao processo Haber-Bosch
envolve a conversão de monóxido de carbono em dióxido
de carbono e hidrogénio.
CO (g) + H2O (g)  CO2 (g) + H2 (g)
Era ótimo que esta reação fosse completa mas à medida que
se forma CO2 e H2 estes reagem entre si formando CO e H2O.
Aspetos quantitativos do equilíbrio químico
Este quociente é constante e é designado constante de equilíbrio.
Constante de Equilíbrio
Da análise da tabela conclui-se que para
uma dada reação pode haver uma
infinidade de estados de equilíbrio;
As quantidades das substâncias
presentes no equilíbrio dependem das
quantidades iniciais de reagentes;
À mesma temperatura e para uma
mesma reação há uma relação que se
mantém constante – a constante de
equilíbrio, Ke.
Constante de equilíbrio
aA + bB
cC + dD
c
d
a
b
|A|e – valores de concentração da espécie química A, no
equilíbrio, em mol/dm3.
Kc – constante de equilíbrio em concentração (adimensional)
a, b, c, d – são os coeficientes estequiométricos
Constante de Equilíbrio
Lei de Guldberg e Waage
Num sistema em equilíbrio químico é
constante a razão entre o produto das
concentrações dos produtos da reação e
o produto da concentração dos
reagentes, elevados aos respetivos
coeficientes estequiométricos
Características da
Constante de Equilíbrio
I. Para uma dada reação, mantendo constante a
temperatura, Ke, é sempre a mesma e não
depende da concentração inicial dos reagentes;
II. O valor da constante de equilíbrio depende da
natureza da reação e da temperatura;
III.Para uma mesma temperatura, a constante de
equilíbrio de uma dada reação é sempre a
mesma;
IV. Ainda que à mesma temperatura Ke varia muito
de reação para reação.
Exemplo de um equilíbrio químico
Relação entre a extensão da reação e o KC
A reação é pouco extensa
A extensão da reação inversa é muito superior à extensão da reação direta.
A reação é muito extensa
A extensão da reação direta é muito superior à extensão da reação inversa.
Relação entre a extensão
da reação e KC
Reação
Muito extensa
Pouco extensa
Concentração de
reagentes e produtos
No equilíbrio a
concentração de produtos é
muito maior que a
concentração de reagentes.
No equilíbrio a
concentração de produtos é
muito menor que a
concentração de reagentes.
Valor de Kc
Elevado.
Reduzido.
Características do equilíbrio químico
Reação incompleta
Kc não é elevado
Reação completa
Kc é muito elevado
Nesta situação os coeficientes
estequiométricos são iguais a 1.
A constante de equilíbrio da reação
inversa é o inverso da constante de
equilíbrio da reação direta.
Neste sistema reacional o
reagente consome-se
totalmente. Trata-se de
uma reação irreversível.
Neste sistema reacional
atinge-se o estado de
equilíbrio ao fim de
aproximadamente 80 s.
A partir desse instante, as
concentrações de A e de B
não variam.
Exercício 1
O monóxido de carbono e o hidrogénio reagem de acordo com a
seguinte equação:
CO (g) + 3 H2 (g)  CH4 (g) + H2O (g)
Quando 1,000 mol de CO e 3,000 mol de H2 reagem num
balão de 10,0 dm3 a uma temperatura de 927 ºC e
atingem o equilíbrio, a mistura em equilíbrio contém
0,387 mol de H2O.
Qual a composição molar da mistura em equilíbrio, ou
seja, que quantidade de cada substância está presente na
mistura em equilíbrio?
Exercício 2
Num recipiente fechado introduziram-se 1,00 mol de H2 (g) e
1,00 mol de I2 (g).
H2 (g) + I2 (g)  2 HI (g)
Aqueceu-se a mistura e verificou-se que, quando se atingiu o
equilíbrio, 80% do iodo tinha sido consumido.
Qual a composição da mistura no equilíbrio?