Deslocamento de equilíbrio

Ciências da Natureza e suas
Tecnologias - Química
Ensino Médio, 2º Ano
Deslocamento de equilíbrio (princípio de Le Chatelier):
temperatura e efeito de catalisador
Relembrando conceitos
Características do equilíbrio
• as velocidades da reação direta (v1) e da reação inversa (v2)
são iguais:
H2  I2 
 2HI
• todo equilíbrio químico é um equilíbrio dinâmico;
• externamente, tem-se a impressão de que tudo cessa, mas
isso não ocorre. Tanto a reação direta como a reação inversa
permanecem ocorrendo com a mesma velocidade.
Relembrando conceitos
Características do equilíbrio:
• assim sendo, a concentração das espécies presentes
permanecem constantes;
• uma reação reversível tende, naturalmente, ao equilíbrio
(estado de menor energia);
• o equilíbrio químico só pode ser obtido nas reações que
ocorrem em sistemas fechados (ou seja, não ocorre troca de
matéria).
Aberto Fechado
Isolado
Vídeo sobre equilíbrio molecular
http://www.youtube.com/watch?feature
=player_embedded&v=aixS4QiV-tk
Deslocando o equilíbrio
• ao atingir o estado de equilíbrio,
o sistema tende a permanecer
nesse estado desde que não
ocorra nenhuma perturbação
externa;
• Henri Louis Le Châtelier estudou
os sistemas em equilíbrio e os
fatores que os afetavam;
• foi ele quem elaborou um
princípio (que tem seu nome)
para
explicar
esse
comportamento.
Imagem: Autor desconhecido/ Domínio Público
Deslocando o equilíbrio
• Princípio de Le Chatelier
“Quando se provoca uma perturbação sobre o
sistema em equilíbrio, ele tende a se deslocar no
sentido de fuga frente à ação aplicada (tende a
anular a ação aplicada), tentando se ajustar a uma
nova situação de equilíbrio.”
Deslocamento do equilíbrio
Efeito da temperatura
• consideraremos o mesmo equilíbrio da aula anterior:
N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g), H = -92,2 kJ
ou
N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g) + 92,2 kJ
• o sentido direto da reação é exotérmico (libera calor). Logo, o
sentido inverso será endotérmico (absorverá calor).
• O que aconteceria se adicionássemos calor ao sistema?
Deslocamento do equilíbrio
Efeito da temperatura
N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g) + 92,2 kJ
• a reação endotérmica (para a esquerda) consumirá parte do
calor adicionado para produzir mais N2 e H2 a partir de NH3;
• dessa maneira, a temperatura aumentará menos que o
esperado;
• em temperaturas mais elevadas, as concentrações no
equilíbrio de N2 e H2 são maiores e a de NH3, menor.
Deslocamento do equilíbrio
Efeito da temperatura:
N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g) + 92,2 kJ
• a diminuição da temperatura provocará o feito contrário, já
que favorecerá a reação exotérmica;
• será produzido calor para compensar parcialmente o que foi
retirado do sistema.
Deslocamento do equilíbrio
Efeito da temperatura
• obs.: elevar (ou diminuir) a temperatura de um sistema
afetará o equilíbrio por alterar o valor da constante de
equilíbrio (Kc ou Kp), que depende da temperatura do sistema.
Deslocamento do equilíbrio
Efeito da temperatura
Co(Cl)42- + 6 H2O ⇄ Co(H2O)62+ + 4 Cl-, H < 0
(azul)
(róseo)
Imagem: Chemicalinterest/ Domínio Público
Deslocamento do equilíbrio
Efeito da temperatura
Resumindo o efeito da temperatura, temos
– aumento da temperatura (aquecimento) do sistema
• desloca o equilíbrio no sentido da reação endotérmica
(absorção de calor);
– diminuição da temperatura (resfriamento) do sistema
• desloca o equilíbrio no sentido da reação exotérmica
(liberação de calor).
Deslocamento do equilíbrio
Gráfico Cinética quím ica e a influência do catalisador
Ea
Energia
Catalisador
• O que é um catalisador?
São substâncias que
alteram a velocidade das
reações.
• Como eles atuam?
Alteram o caminho da
reação, fornecendo um
caminho alternativo mais
fácil de ser alcançado.
Sem Catalisador
Ea
Com Catalisador
Caminho da Reação
Deslocamento do equilíbrio
Equilíbrio Químico e Influência do Catalisador
Reação direta
velocidade
Efeito de adição de catalisador:
• como afeta o estado de
equilíbrio?
Como o catalisador aumenta
igualmente a velocidade das
reações direta e inversa, já que
produz a mesma diminuição na
energia de ativação das duas
reações, ele não altera o estado
de equilíbrio, só a velocidade com
que o equilíbrio é atingido. Da
mesma forma, não devemos
esperar obter mais produtos em
uma reação catalisada.
equilíbrio
tempo
Deslocamento do equilíbrio
• Resumindo as regras básicas referentes ao uso de
catalisadores:
1) não são criadores de reações;
2) permanecem inalterados ao final da reação;
3) agem em pequenas quantidades em relação ao sistema;
4) não alteram o estado de equilíbrio.
Imagem: André Luis Carvalho;
Leandro Maranghetti Lourenço/
Domínio Público
Resumos visuais
Efeito da temperatura
• Le Chatelier e a temperatura:
Pb(NO3)2(s)  2 PbO(s) + 4 NO2(g) + O2(g) (decomposição do sal)
2NO2(g) ⇄ N2O4(g)
(marrom)
(incolor)
Adição de catalisador
• Catalisador para a decomposição da H2O2:
2H2O2(l)  2H2O(l) + O2(g)
Exemplo
1. (UNESP 2008) Dada a reação exotérmica
2H2O2(aq) ⇄ 2 H2O(l) + O2(g),
a alteração que favorece a formação dos produtos é a
elevação da
a) temperatura.
b) pressão parcial de O2.
c) concentração de H2O.
d) pressão.
Imagem: VistaICO.com/
e) concentração de H2O2.
Creative Commons
Attribution 3.0 Unported
Exemplo
2. Baseando-se na reação abaixo,
C(s) + CO2(g) ⇄ 2CO(g)
H= + 174kJ/mol de carbono
a constante de equilíbrio dessa reação (Kp) é expressa como
segue:
Kp = (p(CO))2/p(CO2)
Qual é o efeito sobre esse equilíbrio quando
a) se adiciona carbono sólido?
b) se aumenta a temperatura?
c) se introduz um catalisador?
Exemplos
a) Quando se adiciona carbono sólido
a adição de C(s) não altera o equilíbrio, pois, sendo um sólido,
sua concentração pode ser considerada constante.
b) Quando se aumenta a temperatura
C(s) + CO2(g) ⇄ 2CO(g), H= + 174kJ/mol de carbono
equilíbrio se desloca para a direita, pois o aumento de
temperatura favorecerá a reação endotérmica.
•
Quando se introduz um catalisador
a adição de catalisador não desloca equilíbrio.
Imagem:
VistaICO.com/
Creative
Commons
Attribution 3.0
Unported
Exemplo
3. Imagine um ácido fraco genérico (HA) dissolvido em água.
Teremos, portanto, o seguinte equilíbrio:
HA(aq) ⇄ H+(aq) + A-(aq)
(amarelo)
(vermelho)
Se borbulharmos amônia (NH3) no sistema em equilíbrio, o
que acontecerá com a coloração dele?
A amônia (NH3) irá reagir com os íons H+, removendo-os do sistema:
H+ + NH3 ⇄ NH4+. Assim, o equilíbrio será deslocado para a direita.
Desse modo, a coloração vermelha será acentuada, pois aumenta a
concentração dos íons A-.
Imagem:
VistaICO.com/
Creative
Commons
Attribution 3.0
Unported
Exercícios de fixação
1. (UFES) Considere a reação hipotética: A + B ⇄ C + D
Com relação ao equilíbrio químico do sistema, à temperatura
constante, pode-se afirmar que
a) a adição de reagentes ao sistema desloca o equilíbrio no sentido
deformação de produtos, aumentando o valor da constante de equilíbrio.
b) a adição de produtos ao sistema desloca o equilíbrio no sentido de
formação de reagentes, diminuindo o valor da constante de equilíbrio.
c) a adição de reagentes ou de produtos ao sistema não afeta o valor da
constante de equilíbrio.
d) a adição de reagentes ao sistema desloca o equilíbrio no sentido
deformação de reagentes, diminuindo o valor da constante de equilíbrio.
e) a adição de produtos ao sistema desloca o equilíbrio do sistema no
sentido de formação de produtos, aumentando o valor da constante de
equilíbrio.
Exercícios de fixação
2. (UERJ) A seguir, está representada a equação química
balanceada que mostra a combustão da amônia, etapa
fundamental na fabricação do ácido nítrico:
a)
b)
c)
d)
4NH3(g) + 5O2(g) ⇄ 4NO2(g) + 6H2O(g), H<0
Essa reação produzirá a quantidade máxima de NO2 (óxido de
nitrogênio IV) nas seguintes condições de pressão e
temperatura, respectivamente:
alta – alta
alta – baixa
baixa – alta
baixa – baixa
Exercícios de fixação
3. (PUC) O equilíbrio químico representado pela equação
N2(g) + O2(g) ⇄ 2NO(g) H = +21,6 Kcal,
apresentará rendimento máximo em NO:
a) em temperaturas e pressões elevadas.
b) em temperaturas e pressões baixas.
c) em temperaturas elevadas e pressões baixas.
d) em temperaturas elevadas independentemente da pressão.
e) em pressões altas independentemente da temperatura.
N=O
Exercícios de fixação
4. Nas condições ambientes, é exemplo de sistema em estado de
equilíbrio uma:
a) xícara de café bem quente.
b) garrafa de água mineral gasosa fechada.
c) chama uniforme de bico de Bunsen.
d) porção de água fervendo em temperatura constante.
e) tigela contendo feijão cozido.
Fonte: http://www.sempretops.com/estudo/equilibrio-quimico-exercicios/
Exercícios de fixação
5. (UFV/2011) Uma das etapas de fabricação do ácido sulfúrico é a
conversão de SO2 a SO3, numa reação exotérmica, que ocorre
segundo a equação abaixo:
SO2(g) + ½O2(g) ⇄ SO3(g)
Em relação ao equilíbrio dessa reação, é CORRETO afirmar que
a) o aumento da pressão, mantida à temperatura constante,
favorece a formação de SO2.
b) o uso de um catalisador aumenta a concentração de SO3 no
equilíbrio.
c) o aumento da temperatura favorece a formação de SO2.
d) o aumento da velocidade de produção de SO3 aumenta sua
concentração no equilíbrio.
Atividade de fixação
• Montar a seguinte tabela no caderno de atividades e completá-la com os
efeitos relacionados.
Fator (perturbação)
Concentração
Pressão
Temperatura
Catalisador
Aumento provoca
deslocamento do
equilíbrio para...
Diminuição provoca
deslocamento do
equilíbrio para...
Tabela de Imagens
n° do
slide
direito da imagem como está ao lado da
foto
5
Autor desconhecido/ Domínio Público
11
Chemicalinterest/ Domínio Público
15
André Luis Carvalho; Leandro Maranghetti
Lourenço/ Domínio Público
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20
link do site onde se conseguiu a informação
Data do
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ride_equilibrium.JPG?uselang=pt-br
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e_Laboratorio.jpg?uselang=pt-br
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:132810191
1_Symbol-Check.png
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:132810191
1_Symbol-Check.png
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:132810191
1_Symbol-Check.png
30/08/2012
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