Equilíbrio Químico (3º ano)

EQUILÍBRIO QUÍMICO
Reações completas ou irreversíveis
São reações nas quais os reagentes são
totalmente convertidos em produtos, não
havendo “sobra” de reagente, ao final da
reação !
Exemplo:
HCl(aq) + NaOH(aq)  NaCl(aq) + H2O(l)
Essas reações tem rendimento 100 % !
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Reações incompletas ou reversíveis
São reações nas quais os reagentes não
são totalmente convertidos em produtos,
havendo “sobra” de reagente, ao final da
reação !
Exemplo:
- reações de esterificação
CH3COOH + C2H5OH
CH3COOC2H5 + H2O
Essas reações tem rendimento < 100 % !
EQUILÍBRIO QUÍMICO
A reversibilidade de uma reação pode
ser relacionada com o seu rendimento !
Para a reação gasosa
CO + H2O
(com baixo rendimento) :
CO2 + H2
Concentração
(mol/L)
Reação com baixo rendimento
CO = H2O
CO2 = H2
tempo
EQUILÍBRIO QUÍMICO
A mesma reação, com alto rendimento
CO + H2O
CO2 + H2
Concentração
(mol/L)
Reação com alto rendimento
CO2 = H2
CO = H2O
tempo
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Sob o ponto de vista da cinética
química, as reações reversíveis
podem ocorrer em dois sentidos
(direto e inverso) representados
por
R
P
com uma velocidade direta (vdireta
ou v1) e uma velocidade inversa
(vinversa ou v2).
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Considerando-se uma reação química
genérica:
aA + bB
xX + yY
A velocidade direta será:
v1 = k1 [A]a[B]b
a qual diminui com o passar do tempo.
A velocidade inversa será:
v2 = k2 [X]x[Y]y
que no início é nula e vai aumentanto !
EQUILÍBRIO QUÍMICO
A medida que a reação avança a
velocidade direta vai diminuindo e
a inversa aumentando, até o
momento em que as duas tornamse iguais e a velocidade global
nula !
vdireta = vinversa
v1 = k1 [A]a[B]b
e
v2 = k2 [X]x[Y]y
Esse momento é chamado de
Equilíbrio Químico.
velocidades e equilíbrio
equilíbrio químico
tempo
16
13
10
7
velocidade direta
velocidade inversa
4
10
8
6
velocidade
4
2
0
1
EQUILÍBRIO QUÍMICO
As variações de velocidade direta e inversa, até
alcançar o equilíbrio, podem ser representadas pelo
diagrama abaixo.
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Se as duas velocidades (direta e inversa) são
iguais ao atingir o equilíbrio, então:
v1 = v2
k1[A]a[B]b = k2[X]x[Y]y
isolando os termos semelhantes resulta:
x
y
X
a
Y
b
A
B
.
C
k  C K
k C .C
1
2
c
CAa = [A]a , ...
CAa , CBb ,... = concentrações molares de A, B,...
Kc = constante de equilíbrio (concentrações)
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Algumas reações e as constantes Kc
(em função de concentrações)
Reação
N2 + 3H2
PCl5
Constantes
2NH3
PCl3 + Cl2
SO3 + 1/2 O2
2H2 + S2
SO3
2H2S
Kc = [NH3]2 / [N2].[H2]3
Kc = [PCl3].[Cl2] / [PCl5]
Kc = [SO3] / [SO2].[O2]1/2
Kc = [H2S]2 / [H2]2.[S2]
Generalizando
Kc = [Produtos]p / [Reagentes]r
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Equilíbrio químico em reações gasosas
Considere a formação da amônia, que ocorre em fase gasosa,
num balão de volume V, em certa temperatura T sendo que
cada gás exerce uma pressão parcial Px
N2(g) + 3H2(g)
2 NH3(g)
A pressão de cada gás pode ser
calculada a partir da expressão:
P = nx R T / V
onde: nx / V = [X]
logo: P = [X] R T
[X] = molaridade ; R = constante dos gases
e T = temperatura absoluta (K)
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Se a reação ocorrer em fase gasosa a
constante de equilíbrio pode ser expressa
em função das pressões parciais
exercidas pelos componentes gasosos:
lembre que:
K
p

x
y
a
b
.
PX PY
PA . PB
nRT
P
V
P = pressão ; V = volume ; n = número de mols ; T = temperatura (K)
R = constante universal dos gases = 0,082 atm.L/mol.K
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Cálculo da constante Kc - exemplo
O PCl5 se decompõe, segundo a equação:
PCl5
PCl3 + Cl2
Ao iniciar havia 3,0 mols/L de PCl5 e ao ser
alcançado o equilíbrio restou 0,5 mol/L do reagente não
transformado. Calcular Kc.
Inicio
Equilíbrio
Reage
PCl5
3,0
0,5
2,5
PCl3
2,5
-
Cl2
2,5
-
A constante de equilíbrio será:
Kc = [PCl3].[Cl2] / [PCl5] = [2,5].[2,5] / [0,5]
Kc = 12,5 mol/L
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Equilíbrios em reações heterogêneas
Há certas reações, nas quais se estabelece equilíbrio,
em que reagentes e/ou produtos encontram-se em
estados físicos distintos, como por exemplo:
I - CaCO3(s)
II - NH4Cl(s)
CaO(s) + CO2(g)
NH3(g) + HCl(g)
Nesses casos, como a concentração dos componentes
sólidos não variam, as constantes não incluem tais
componentes.
I - Kc = [CO2] e Kp = PCO2
II - Kc = [NH3].[HCl] e Kp = PHCl . PNH3
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Deslocamento do equilíbrio químico
(Princípio de Le Chatelier)
“Quando um agente externo atua sobre uma
reação em equilíbrio, o mesmo se deslocará
no sentido de diminuir os efeitos causados
pelo agente externo”.
Os agentes externos que podem deslocar o
estado de equilíbrio são:
1. variações nas concentrações de reagentes ou
produtos;
2. variações na temperatura;
3. variações na pressão total.
EQUILÍBRIO QUÍMICO
1 - Influência das variações nas concentrações
* A adição de um componente (reagente
ou produto) irá deslocar o equilíbrio no
sentido de consumí-lo.
* A remoção de um componente (reagente
ou produto) irá deslocar o equilíbrio no
sentido de regenerá-lo.
As variações nas concentrações
de reagentes e/ou produtos não
modificam a constante Kc ou Kp.
EQUILÍBRIO QUÍMICO
1 - Influência das variações nas concentrações
Exemplo
Na reação de síntese da amônia
N2(g) + 3 H2(g)
2 NH3(g)
I - adicionando N2 ou H2 o equilíbrio desloca-se
no sentido de formar NH3 (
);
II - removendo-se NH3 o equilíbrio desloca-se
no sentido de regenerá-la (
).
EQUILÍBRIO QUÍMICO
2 - Influência das variações na temperatura
Um aumento na temperatura (incremento
de energia) favorece a reação no sentido
endotérmico.
Uma diminuição na temperatura (remoção
de energia) favorece a reação no sentido
exotérmico.
A mudança na temperatura é o único fator que altera
o valor da constante de equilíbrio (Kc ou Kp).
- para reações exotérmicas: T  Kc 
- para reações endotérmicas: T  Kc 
EQUILÍBRIO QUÍMICO
2 - Influência das variações na temperatura
Exemplo
A síntese da amônia é exotérmica:
N2 + 3 H2
2 NH3 H = - 17 kcal/mol
I - um aumento na temperatura favorece o
sentido endotérmico (
);
II - um resfriamento (diminuição na
temperatura favorece a síntese da amônia, ou
seja, o sentido direto (
).
Portanto, na produção de amônia o reator deve
estar permanentemente resfriado !
EQUILÍBRIO QUÍMICO
T
desloca ou
favorece o
sentido
endo
T
desloca ou
favorece o
sentido
exo
Ex.:
Abaixamento da temperatura
exotérmica
2 H2(g) + O2(g)
endotérmica
2 H2O(g) H < 0
Elevação da temperatura
EQUILÍBRIO QUÍMICO
3 - Influência das variações na pressão total
N2O4(g)
Incolor
1V
↔
2NO2(g)
castanho escuro
2V
H = + 57 KJ
EQUILÍBRIO QUÍMICO
3 - Influência das variações na pressão total
As variações de pressão somente afetarão os
equilíbrios que apresentam componentes gasosos, nos
quais a diferença de mols gasosos entre reagentes e
produtos seja diferente de zero (ngases  0).
Um aumento na pressão total (redução de
volume) desloca o equilíbrio no sentido do
menor número de mols gasosos.
Uma diminuição na pressão total (aumento
de volume) desloca o equilíbrio no sentido do
maior número de mols gasosos.
EQUILÍBRIO QUÍMICO
3 - Influência das variações na pressão total
Exemplo
Na síntese da amônia ocorre diminuição no
número de mols gasosos (ngases = - 2)
N2(g) + 3 H2(g)
2 NH3(g)
I - um aumento na pressão desloca o equilíbrio
no sentido direto, menor no de mols(
);
II - uma redução de pressão desloca o equilíbrio
no sentido inverso, maior no de mols (
).
Se a diferença de mols gasosos for nula as variações
de pressão não deslocam o equilíbrio.
EQUILÍBRIO QUÍMICO
4 – Efeito de um catalisador
Ação do catalisador : substância que diminui a Energia de
ativação.
No caso dos equilíbrios, o catalisador
diminui
igualmente as energias de ativação nos dois sentidos.
Com isso,ele aumenta a velocidade da reação direta e
também da reação inversa.
EQUILÍBRIO QUÍMICO
4 – Efeito de um catalisador
O catalisador reduz a Ea tanto para a reação direta como para a
inversa.
O catalisador não modifica a constante de equilíbrio nem desloca
o equilíbrio.
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Deslocamento - Resumo
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Deslocamento - Resumo
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Deslocamento – TSC
A síntese da amônia (NH3) pode ser representada pela equação
N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g)
ΔH = - 92,4 kJ/mol.
Qual o efeito sobre o equilíbrio, se:
a) aumentar a temperatura.
►Desloca para a ESQUERDA
b) diminuir a pressão. ►Desloca para a ESQUERDA
c) aumentar a concentração de NH3. ►Desloca para a ESQUERDA
d) aumentar as concentrações de N2 e H2. ►Desloca para a DIREITA
e) adicionar um bom catalisador ►
Não afeta o equilíbrio. O
catalisador, apenas, faz com que o
equilíbrio
seja
atingido
mais
rapidamente.
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Equilíbrios no cotidiano
1. Galinho do tempo
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Equilíbrios no cotidiano
2. Cáries dentárias
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Equilíbrios no cotidiano
3. Odor de peixes
O odor de peixe é causado por um composto de fórmula CH3–NH2, chamado
metilamina, proveniente da decomposição de certas proteínas do peixe. Este
composto é uma base parecida com a amônia (NH3).
H3C–NH2 + H2O ⇄ H3C–NH3+ + OH –
metilamina
Com cheiro
íon metilamônio
Sem cheiro