equilíbrio químico

chamadas de prótons.
Em 1932, Chadwick isolou o nêutron, cuja
existência já era prevista por Rutherford.
Portanto, o modelo atômico clássico é constituído de um núcleo, onde se encontram os
prótons e nêutrons, e de uma eletrosfera, onde
estão os elétrons orbitando em torno do núcleo.
Disciplina:
Química I
Unidade VI
-
Modelo atômico clássico
Professor: Marcelino Vieira Lopes, Me.Eng.
http://profmarcelino.webnode.com/blog/
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PV2D-06-QUI-11
N um átomo n
total é zero, o núm
número de elétro
nesse caso, pode
número atômico.
Exempl o
O átomo de m
atômico 12 (Z = 12
Significado: no
existem 12 próton
existem 12 próton
Ca
Química I
• Estrutura do átomo: Matéria
e Energia.
• Ligações Químicas.
• Soluções Químicas.
• Reações Químicas.
• Laboratório Químico.
• Química Orgânica.
• Termoquímica.
• Eletroquímica.
• Equilíbrio Químico.
• As Indústrias Químicas.
Química I
• Ementa:
2
Programa (Plano de Ensino)
1.1 MATÉRIA E ENERGIA;
1.2 Constituição elementar da matéria;
1.3 Átomos e elementos químicos;
1.4 Átomos e íons;
1.5 Tabela Periódica;
1.6 Distribuição eletrônica.
Química I
UNIDADE 1 – ESTRUTURA DO ÁTOMO
UNIDADE 2 – LIGAÇÕES QUÍMICAS
2.1 Ligações Iônicas: a formação das ligações iônicas;
2.2 Ligações Covalentes: covalentes normal e coordenada;
2.3 Ligação Metálica: estrutura dos sólidos metálicos.
3
Programa
UNIDADE 3– REAÇÕES QUÍMICAS
3.1.Reações químicas
3.1.1 Balanceamentos das reações químicas por método:
- das tentativas e
- oxi-redução;
3.1.2 Cálculos estequiométricos nas reações químicas.
3.2.1 – Objetivos;
3.2.2 – Alguns aspetos de segurança no Laboratório.
UNIDADE 4 – TERMOQUÍMICA
4.1 A Primeira Lei da Termodinâmica;
4.2 Calor, Entalpia e Calorimetria;
4.3 Equações Termoquímicas.
Química I
3.2 – LABORATÓRIO QUÍMICO
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UNIDADE 5 – ELETROQUÍMICA
5.1 Introdução a pilha de Daniel
5.2 Células galvânicas,
5.3 Potenciais de Eletrodo;
5.4 Células Eletrolíticas;
5.5 Eletroquímica Industrial
5.6 Corrosão e Técnicas Anticorrosivas com base na
eletroquímica
UNIDADE 6 – EQULÍBRIO QUÍMICO
6.1 Equilíbrios Químicos Homogêneos;
6.2 Lei do Equilíbrio Químico, Princípios de Le Chatelier;
6.3 Cálculos de Equilíbrio.
Química I
Programa
5
UNIDADE 7 – AS INDÚSTRIAS QUÍMICAS
7.1 Origem, histórico e desenvolvimento de processos químicos;
7.2 Matérias Primas;
7.3 Tecnologias Orgânicas, Inorgânicas;
7.4 Contaminações Industriais e o Meio Ambiente;
7.5 Tratamento de Efluentes.
Química I
Programa
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FELTRE, Ricardo. Fundamentos da química. 2 ed. São Paulo:
Moderna, 1996.
TITO, Francisco M. P.; CANTO, Eduardo L. Química na
abordagem do cotidiano. Volume 1. 4 ed. São Paulo: Moderna,
2006.
HARTMANN, Selmo L. Química. 1 ed. Niterói, RJ:
EAD/UNIVERSO, 2013.
Química I
Bibliografia
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Química I
UNIDADE 6 – EQULÍBRIO QUÍMICO
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Equilíbrio Químico
Um equilíbrio químico é a situação em que a
proporção entre as quantidades de reagentes e
produtos em uma reação química se mantém
constante ao longo do tempo.
Química I
Conceito de equilíbrio
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Equilíbrio Químico
Teoricamente, toda a reação química ocorre
nos dois sentidos:
e
Contudo, em certas reações, como a de
combustão, virtualmente 100% dos reagentes são
convertidos em produtos, e não se observa o
contrário ocorrer (ou pelo menos não em escala
mensurável); tais reações são chamadas de
irreversíveis.
Química I
Reagentes  produtos
Produtos  reagentes
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Equilíbrio Químico
O conceito de equilíbrio químico praticamente
restringe-se às reações reversíveis.
Química I
Há também uma série de reações nas quais logo
que certa quantidade de produto(s) é formada,
este(s) torna(m) a dar origem ao(s) reagente(s);
essas reações possuem o nome de reversíveis.
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Química I
Equilíbrio Químico
12
Equilíbrio Químico
Reversibilidade de reações químicas
N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
Note-se que a seta dupla ( ) significa que a reação ocorre nos
dois sentidos, e que o subscrito (g) indica que a substância se
encontra na fase gasosa.
Química I
Um exemplo de reação reversível é a da produção da amônia
(NH3), a partir do gás hidrogênio (H2) e do gás nitrogênio (N2)
— que faz parte do Processo de Haber:
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Equilíbrio Químico
• Considere o N2O4 congelado e incolor. À temperatura
ambiente, ele se decompõe em NO2 marrom:
• Em um determinado momento, a cor pára de se
alterar e temos a mistura de N2O4 e NO2.
Química I
N2O4(g)  2NO2(g).
• Equilíbrio químico é o ponto em que as
concentrações de todas as espécies são constantes.
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Equilíbrio Químico
Para um sistema qualquer representado por:
V2
C +D
A rapidez varia a partir do inicio da reação até atingir
a situação de equlibrio. O gráfico a seguir mostra
essa variação.
Química I
A + B
V1
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Química I
Equilíbrio Químico
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Equilíbrio Químico
Química I
Considerando-se as variações de reagentes e produtos,
temos:
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Equilíbrio Químico
Por outras palavras, estamos na presença de um
equilíbrio dinâmico.
Química I
Deve-se salientar que quando uma reação atinge
o equilíbrio ela não para. Ela continua se
processando, porém tanto a reação direta como a
inversa ocorrem à mesma velocidade, e desse jeito a
proporção entre os reagentes e os produtos não
variam .
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Equilíbrio Químico
• No equilíbrio, tanto de N2O4 reage para formar NO2
quanto de NO2 reage para formar outra vez N2O4:
2NO2(g)
• A seta dupla significa que o processo é dinâmico.
• Considere
Reação direta: A  B Velocidade = k[A]
Reação inversa: B  A Velocidade = k[B]
• No equilíbrio VA = VB =
k[A] = k[B].
Química I
N2O4(g)
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Equilíbrio Químico
A+ B
C + D
– Quando [A], [B] e [C], [D] são constantes, o
equilíbrio é alcançado.
– k[A] diminui para uma constante,
– k[B] aumenta de zero para uma constante.
– Quando k[A] = k[B], o equilíbrio é alcançado.
Química I
• Para um equilíbrio escrevemos:
• À medida que a reação progride
– [A] e [B] diminuem para uma constante,
– [C] e [D] aumentam de zero para uma constante.
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Equilíbrio Químico
Equilíbrio Homogêneo e Heterogêneo
Quando todas as substâncias envolvidas no equilíbrio se
encontram no mesmo estado físico diz-se que temos um
Química I
equilíbrio homogêneo, que é o caso de todos os equilíbrios
apresentados aqui até então.
N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
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Equilíbrio Químico
Analogamente, os equilíbrios onde estão envolvidas mais
de uma fase são chamados de equilíbrios heterogêneos, como
o seguinte:
Ni(CO)4(g)
Note-se que o subscrito (s) significa que a espécie se encontra
Química I
Ni(s) + 4CO(g)
no estado sólido. Equilíbrios heterogêneos, como este,
frequentemente apresentam ao menos um sólido ou um
líquido.
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Equilíbrio Químico
a)Qual variável o eixo das ordenadas representa,
considerando-se que o sistema atinge o equilibrio a partir de
determinado tempo? Justifique.
b)Indique no gráfico, o momento em que a reação entra em
equlíbrio.
c)Escreva uma equação genérica que possa ser representada
pelo gráfico, identificando os reagentes e os produtos pelas
respectivas cores das curvas.
Química I
Considere o gráfico abaixo:
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Equilíbrio Químico
a) As velocidades da reação nos sentidos direto e inverso se
igualam.
b) A energia de ativação é a mesma nos sentidos direto e inverso.
c) A reação ocorre com liberação de calor.
d) As concentrações de reagentes e produtos permanecem
inalteradas.
e) A reação inversa é endotérmica
Química I
Quando uma reação química exotérmica atinge o equilíbrio,
são válidas todas as afirmativas abaixo, exceto:
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Equilíbrio Químico
Represente, por meio de gráfico, a rapidez da
reação direta e da reação ↔
inversa até atingir o
estado de equilíbrio para a reação:
2 SO3 (g)
Química I
2 SO2 (g) + O2 (g)
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Equilíbrio Químico
(v1 e v2 são as velocidades das reações direta e inversa)
Quando se estabelece o equilíbrio químico é possível afirmar
que:
a)
b)
c)
d)
e)
[N2] = [H2].
[NH3] = constante.
[N2] = [NH3].
v2 > v1.
v1 > v2 .
Química I
Considere a reação entre nitrogênio e hidrogênio:
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Equilíbrio Químico
As constantes de equilíbrio, representadas por K,
são determinadas a partir de dados experimentais . Por
conta da análise de uma grande quantidade de dados,
chegou-se a uma expressão genérica para todos os
equilíbrios:
Química I
Constantes de equilíbrio
K = [produtos]/[reagentes]
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Equilíbrio Químico
Constantes de equilíbrio (Kc)
Química I
As constantes de equilíbrio determinadas com
base nas concentrações em mol/L, são representadas
por Kc.
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Química I
Equilíbrio Químico
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Equilíbrio Químico
Portanto,
Química I
Onde:
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Química I
Equilíbrio Químico
31
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Química I
Equilíbrio Químico
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Equilíbrio Químico
A constante de equilíbrio
• Para uma reação geral
aA + bB
cC + dD
Química I
a expressão dA constante de equilíbrio para tudo em
solução é
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onde Keq é A constante de equilíbrio.
Equilíbrio Químico
Escreva a expressão da constante de equilíbrio para as
equações abaixos:
a)2NO (g) + Cl2 (g) ↔ 2NOCl (g)
Química I
b)Fe(s) + Cu2+ (aq) ↔ Fe2+ (aq) + Cu (s)
c)CO2 (g) + Ca(OH)2 (aq) ↔ CaCO3 (s) + H2O (l)
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Equilíbrio Químico
Constantes de equilíbrio e pressões
parciais (Kp)
Química I
Para os gases, também se pode escrever a
expressão da lei de equilíbrio químico, K, em termos
de pressões parciais. Para o equilíbrio:
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Equilíbrio Químico
Para expressar a lei de equilíbrio em termos das
pressões parciais, basta que apenas uma das
espécies do equilíbrio esteja no estado gasoso.
a)H2 (g) + I2 (g) ↔ 2HI (g)
Química I
Escreva a expressão da constante de equlíbrio Kp
para as seguintes reações:
b)CaCO3 (s) ↔ CaO (s) + CO2 (g)
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Equilíbrio Químico
A constante de equilíbrio
• Conseqüentemente, quanto maior for K, mais
produtos estarão presentes no equilíbrio.
• De modo inverso, quanto menor for K, mais
reagentes estarão presentes no equilíbrio.
Química I
Ordem de grandeza das constantes de equilíbrio
• A constante de equilíbrio, K, é a razão entre
produtos e reagentes.
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Equilíbrio Químico
A constante de equilíbrio
Ordem de grandeza das constantes de equilíbrio
Química I
• Se K >> 1, então os produtos predominam no equilíbrio e
o equilíbrio encontra-se à direita.
• Se K << 1, então os reagentes predominam no equilíbrio e
o equilíbrio encontra-se à esquerda.
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Equilíbrio Químico
A constante de equilíbrio
• Sentido direto:
Química I
O sentido da equação química e Keq
• Um equilíbrio pode ser abordado a partir de qualquer
sentido.
N2O4(g)
2NO2(g)
• temos:
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Equilíbrio Químico
A constante de equilíbrio
O sentido da equação química e Keq
• No sentido inverso:
N2O4(g)
Química I
2NO2(g)
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Equilíbrio Químico
A constante de equilíbrio
Outras maneiras de manipular as
equações químicas e os valores de Keq
2N2O4(g)
4NO2(g)
• A reação
Química I
tem
o qual é o quadrado da constante de equilíbrio para
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N2O4(g)
2NO2(g)
Equilíbrio Químico
A constante de equilíbrio
Outras maneiras de se trabalhar as equações químicas e
os valores de Keq
N2O4 (g)  2NO2(g)
Direto: Kc = (PNO2 )2/ (PN2O4)= 6,46 (a 100oC)
Inverso: Kc= (PN2O4 )/(PNO2 )2= 1/6,46 = 0,155 (a 100oC)
Química I
• A constante de equilíbrio para o sentido inverso é o
inverso daquela para o sentido direto.
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Equilíbrio Químico
• Quando uma reação é multiplicada por um
número, a constante de equilíbrio é elevada
àquela potência.
Kc = (PNO2 )2/ (PN2O4)= 6,46 (a 100oC)
Química I
N2O4 (g)  2NO2(g)
2N2O4 (g)  4NO2(g)
Kc = (PNO2 )4/ (PN2O4)2= (6,46)2 = 41,7 (a 100oC)
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Equilíbrio Químico
Constante para a soma de reações
Se uma reação química pode ser expressa pela soma de
duas ou mais reações (ou etapas individuais), então:
Química I
Kc da reação global será a multiplicação das constantes de
cada uma das reações individuais.
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Química I
Equilíbrio Químico
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Química I
Equilíbrio Químico
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Equilíbrio Químico
Química I
Em determinadas condições de T e P, existe 0,5 mol/L
de N2O4 em equilíbrio com 2 mol/L de NO2, segundo
a equação: N2O4 (g)  2NO2 (g). Qual o valor da
constante (Kc ) desse equilíbrio nessas condições e
indique o sentido da reação.
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