equilibrio-110922080136-phpapp02.pdf

Prof. Nunes

Universidade Federal do Cear

Centro de Cincias

Departamento de Qumica Orgnica e Inorgnica

Qumica Geral e Orgnica

Equilbrio QumicoEquilbrio Qumico

DQOI - UFC

Prof. Dr. Jos Nunes da Silva [email protected]

1

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A maioria das reaesreaes qumicasqumicas nuncanunca terminamterminam. Ou seja, quando os

reagentes so misturados em quantidades estequiomtricas, eles no so

totalmente convertidos em produtos.

Conceitos BsicosConceitos Bsicos

Reaes que no vo para a concluso e que podem ocorrer em qualquer

direo so chamadas de reaesreaes reversveisreversveis, as quais podem ser

representadas em termostermos geraisgerais da seguinte forma:

DQOI - UFC

Quando A e B reagem para formar C e D na mesma proporo em que

C e D reagem para formar A e B, o sistemasistema estest emem equilbrioequilbrio.

2

indica reversibilidadeindica reversibilidade

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EquilbrioEquilbrio QumicoQumico existe quando duas reaes opostas ocorrem

simultaneamente, a mesma velocidade.

Conceitos BsicosConceitos Bsicos

EquilbriosEquilbrios qumicosqumicos so equilbrios dinmicos, isto , molculas individuais

esto continuamente reagindo, mesmo que a composio global da mistura da

reao no se altere.

DQOI - UFC3

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No equilbrioequilbrio QumicoQumico a reao nunca para, mesmo quando as concentraes

permanecem constantes.

RealizouRealizou--sese oo seguinteseguinte experimentoexperimento::


3 H2(g) + N2(g) 2 NH3(g)

3 D2(g) + N2(g) 2 ND3(g)

MisturouMisturou--se o contedo dos 2 frascosse o contedo dos 2 frascos..

RealizouRealizou--sese oo seguinteseguinte experimentoexperimento::

DQOI - UFC

MisturouMisturou--se o contedo dos 2 frascosse o contedo dos 2 frascos..

NH3 + NDH2 + ND2H + ND3

H2 + HD + D2

A troca de tomos de HH e DD

nas molculas deve resultar

de uma continuao de

reaes diretas e reversas

na mistura.

4

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conc. Inicialconc. Inicial

devido a reaodevido a reao

conc. no equilbrioconc. no equilbrio

ExpExp.. 11

ExpExp.. 22 conc. Inicialconc. Inicial

devido a reaodevido a reao

conc. no equilbrioconc. no equilbrio

DQOI - UFC5

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DQOI - UFC6

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Constante de Equilbrio, Constante de Equilbrio, KcKc

11

22

11

DQOI - UFC7

22

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GeneralizandoGeneralizando::

No equilbrio, as velocidades diretas e inversas so iguaisNo equilbrio, as velocidades diretas e inversas so iguais

DQOI - UFC8

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A constanteconstante dede equilbrio,equilbrio, KcKc, definida como o produto das

concentraes (moles por litro) dos produtos elevadas potncia que

corresponde a seu coeficiente na equao balanceada, dividido pelo

produto das concentraes de reagentes, cada um elevado potncia que

corresponde ao seu coeficiente na equao balanceada.

DQOI - UFC9

A magnitude do KcKc uma medida da extenso em que a reao ocorre.

ParaPara qualquerqualquer equaoequao qumicaqumica balanceadabalanceada, o valorvalor dede KcKc:

1)1) constanteconstante aa umauma dadadada temperaturatemperatura;;

2)2) variavaria sese aa temperaturatemperatura variavaria;;

3)3) nono dependedepende dada concentraoconcentrao inicialinicial.

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Constante de Equilbrio x Constante de Equilbrio x TemperaturaTemperatura

DQOI - UFC10

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DQOI - UFC11

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ExercitandoExercitando

Nitrognio e hidrognio so colocados em um recipiente vazio de 5,00 litros a

500 C. Quando o equilbrio estabelecido, 3,01 mol de N2, 2,10 mol de H2 e

0,565 mol de NH3 esto presentes. CalcularCalcular KcKc parapara aa seguinteseguinte reaoreao aa 500500 CC..

Soluo:Soluo:

DQOI - UFC12

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Colocamos 10,0 moles de N2O em um recipiente de 2,00 L, a uma dada

temperatura, onde ele se decompe conforme a reao:

No equilbrio, 2,20 moles de N2O permanecem. CalcularCalcular oo valorvalor dede KcKc parapara aa

reaoreao.

DQOI - UFC13

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Soluo:Soluo:

00

reagiramreagiram

DQOI - UFC14

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Variaes de Variaes de KcKc com a Equao Balanceadacom a Equao Balanceada

DQOI - UFC15

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Escreva a expressoexpresso para, e calcule o valorvalor numriconumrico, da constanteconstante dede

equilbrioequilbrio para cada uma das seguintes equaes mesma temperatura.equilbrioequilbrio para cada uma das seguintes equaes mesma temperatura.

Soluo:Soluo:

DQOI - UFC16

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Escreva a expressoexpresso para, e calcule o valorvalor numriconumrico, da constanteconstante dede

equilbrioequilbrio para cada uma das seguintes equaes mesma temperatura.equilbrioequilbrio para cada uma das seguintes equaes mesma temperatura.

Soluo:Soluo:

DQOI - UFC17

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Se uma equao qumica puder ser expressa como a soma de duas ou mais

equaes qumicas, a constanteconstante dede equilbrioequilbrio para a reao global ser o

produtoproduto dasdas constantesconstantes dede equilbrioequilbrio parapara asas reaesreaes componentescomponentes.

2 P + 5Cl2 2 PCl5 KcKc = Kc= Kc11 x Kcx Kc22

Kc2PCl3 + Cl2 PCl5

Kc12 P + 3Cl2 2 PCl3

DQOI - UFC18

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QuocienteQuociente da Reao, da Reao, QQ

QQ > KK As concentraesconcentraes dosdos produtosprodutos nono instanteinstante dede anliseanlise soso maismais altasaltas

DQOI - UFC19

dodo queque nono equilbrioequilbrio,, e a reaoreao temtem aa tendnciatendncia aa seguirseguir nana direodireo

dosdos reagentesreagentes.

QQ == KK A mistura tem sua composiocomposio dede equilbrioequilbrio, e no tem nenhuma

tendncia a mudar em qualquer direo.

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QuocienteQuociente da Reao, da Reao, QQ

DQOI - UFC20

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Para a reao a seguir, calcule o valor de QQ e compare-o com o valor conhecido

de KcKc ((6565,,00)) para prever a direo da reao que leva ao equilbrio.

EmEm umum dadodado instante,instante, asas concentraesconcentraes dasdas espciesespcies foramforam determinadasdeterminadas::

Soluo:Soluo:

< 65< 65

DQOI - UFC21

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A equao para a seguinte reao e o valor de KcKc a uma dada temperatura so

dados. Uma mistura em equilbrio em um recipiente de 1,00 litro contm 00,,2525

molesmoles dede PClPCl55 e 00,,1616 molesmoles dede PClPCl33. QualQual aa concentraoconcentrao dede equilbrioequilbrio dede ClCl22devedeve estarestar presente?presente?

Soluo:Soluo:

DQOI - UFC22

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Para a seguinte reao, KcKc == 4949,,00 a uma dada temperatura. Se 0,400 moles de A

e de B so colocados em um recipiente de 2,00 litros a essa mesma temperatura,

quaisquais serosero asas concentraesconcentraes dede todastodas asas espciesespcies nono equilbrioequilbrio?

Soluo:Soluo:

Calculando as concentraes iniciais:Calculando as concentraes iniciais:

DQOI - UFC23

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DQOI - UFC24

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DQOI - UFC25

Conferindo.....Conferindo.....

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Fatores que Alteram o EquilbrioFatores que Alteram o Equilbrio

Uma vez que uma reao atingiu o equilbrio, ela

permanecepermanece emem equilbrioequilbrio atat queque sejaseja perturbadaperturbada por

alguma mudana de condies.

O princpio orientador conhecido como PrincpioPrincpio dede

LeChatelierLeChatelier .

SeSe umauma alteraoalterao dasdas condiescondies (stress)(stress) aplicadaaplicada aa umum sistemasistema emem equilbrio,equilbrio,

oo sistemasistema sese deslocardeslocar nana direodireo emem queque reduzirreduzir oo stressstress,, ee umum novonovo

estadoestado dede equilbrioequilbrio serser atingidoatingido..

DQOI - UFC26

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Fatores que Alteram o EquilbrioFatores que Alteram o Equilbrio

TrsTrs tipostipos dede mudanasmudanas pode perturbar o equilbrio de uma reao.

1) Mudanas na concentrao

2) Mudanas na presso ou volume (para as reaes que envolvem gases)

DQOI - UFC27

2) Mudanas na presso ou volume (para as reaes que envolvem gases)

3) Mudanas na temperatura

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Mudanas na Mudanas na ConcentraoConcentrao

A adio ou remoo de reagentes ou produtos alteraaltera oo valorvalor dede QQ, mas

nono alteraaltera oo valorvalor dede KcKc.

+ + HClHCl

DQOI - UFC28

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A adio ou remoo de reagentes ou produtos alteraaltera oo valorvalor dede QQ, mas

nono alteraaltera oo valorvalor dede KcKc.


+ AgNO+ AgNO33ClCl--((aqaq)) + + AgAg

++((aqaq)) ------> > AgClAgCl(s)(s)

DQOI - UFC29

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PbCl2(aq) + S2-(aq) PbSPbS(s)(s) + 2 Cl

-(aq)

DQOI - UFC31

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Todavia, mudanasmudanas nana pressopresso causam mudanasmudanas significativassignificativas nana

concentraesconcentraes dede gasesgases.

Mudanas no Mudanas no Volume Volume e na e na PressoPresso

DQOI - UFC33

Tais mudanas, portanto, afetar o valor de QQ para as reaesreaes

emem queque oo nmeronmero dede molesmoles dede reagentesreagentes gasososgasosos diferedifere dodo nmeronmero dede molesmoles

dede produtosprodutos gasososgasosos.

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Mudanas no Mudanas no Volume Volume e na e na PressoPresso

VV PP

DQOI - UFC34

VV PP no se alterano se altera

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Considere a seguinte reaoreao exotrmicaexotrmica em equilbrio:

Mudanas na Mudanas na TemperaturaTemperatura

calorcalor

aumento de temperaturaaumento de temperatura

calorcalor

DQOI - UFC35

calorcalor

diminuio de temperaturadiminuio de temperatura

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DQOI - UFC36

diminuio de temperaturadiminuio de temperatura aumento de temperaturaaumento de temperatura

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DQOI - UFC37

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Considere a seguinte reaoreao endotrmicaendotrmica em equilbrio:


+ calorcalor+ calorcalor

DQOI - UFC38

diminuio de temperaturadiminuio de temperaturaaumento de temperaturaaumento de temperatura

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O processoprocesso HaberHaber de grande de importncia industrial e econmica. Nele,

o NN22 atmosfricoatmosfrico convertido em amnia,amnia, NHNH33, matria prima para

inmeros corantes , plsticos, explosivos, fertilizantes e fibras sintticas.

Processo Haber Processo Haber Aplicao PrticaAplicao Prtica

Neste processo, o reao entre NN22 e H2 para produzir NHNH33 nunca atinge o

equilbrio, mas se move em direo a ele.

DQOI - UFC39

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500500--10001000

atmatm

DQOI - UFC40

250 250 ooCC

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DQOI - UFC41

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Muitas vezes, mais conveniente medir pressespresses em vez de

concentraesconcentraes de gases.

Presses Parciais e Constantes de EquilbrioPresses Parciais e Constantes de Equilbrio

Para uma reaoreao genricagenrica, portanto:

DQOI - UFC42

Para o processoprocesso HaberHaber:

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Em uma mistura em equilbrio na 500 C, encontramos PNH3 = 0,147 atm,

PN2 = 6,00 atm, e PH2 = 3,70 atm.

CalculeCalcule aa KKPP 500 C para a reao:


CalculeCalcule aa KKPP 500 C para a reao:

DQOI - UFC43

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Relao entre Relao entre KcKc e e KpKp

DQOI - UFC44

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Vimos que para a reao de amnia a 500 C, KcKc == 00,,286286. Podemos descrever

este equilbrio emem termostermos dede pressespresses parciaisparciais usando KpKp.

DQOI - UFC45

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ExerccioExerccio

Adicionaram-se 10,0 gramas de SbCl5 a um recipiente de 5,00 litros a 448 C e

permitiu-se que a reao atingisse o equilbrio. QuantosQuantos gramasgramas dede SbClSbCl55 estoesto

presentespresentes nono equilbrio?equilbrio?

ResolverResolver esteeste problemaproblema::

(a) com Kc e concentraes molares e

(b) utilizando Kp e presses parciais.

Soluo a)Soluo a)

DQOI - UFC46

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ExerccioExerccio

DQOI - UFC47

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ExerccioExerccio

Soluo b)Soluo b)

DQOI - UFC48

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ExerccioExerccio

Soluo b)Soluo b)

DQOI - UFC49

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Perturbao Alterao quando o sistema reacional retorna ao

equilbrio

Efeito sobre o equilbrio Efeito sobre Kc

+ reagenteparte do reagente adicionado

Perturbaes x EfeitosPerturbaes x Efeitos

+ reagenteparte do reagente adicionado

consumido no h alterao

parte do produto

adicionado consumido+ produto no h alterao

reduo do volume presso aumenta no h alteraomenor # molculas

expanso do volume presso diminui no h alteraomaior # molculas

consumo de energia h alteraoendotrmicoelevao da T

DQOI - UFC

diminuio da T liberao de energia h alteraoexotrmico

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Equilbrio HeterogneoEquilbrio Heterogneo

HeterogneosHeterogneos equilbriosequilbrios envolvem espciesespcies emem maismais dede umum fasefase.

Considere a seguinte reao reversvel a 25 C. Considere a seguinte reao reversvel a 25 C.

Quando o equilbrio estabelecido para este sistema, um slidoslido, um lquidolquido

e um gsgs esto presentes.

NemNem slidosslidos nemnem lquidoslquidos soso significativamentesignificativamente afetadosafetados porpor

mudanasmudanas dede pressopresso.

DQOI - UFC51

mudanasmudanas dede pressopresso.

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Equilbrio HeterogneoEquilbrio Heterogneo

A definio fundamental da constante de equilbrio em termodinmica em

termos de atividadesatividades das substncias envolvidas.

parapara qualquerqualquer lquidolquido ouou slidoslido puropuro,, aa atividadeatividade tomadatomada comocomo 11,, parapara qualquerqualquer lquidolquido ouou slidoslido puropuro,, aa atividadeatividade tomadatomada comocomo 11,,

entoento termostermos queque parapara lquidoslquidos ee slidosslidos purospuros nono aparecemaparecem nasnas

expressesexpresses parapara KcKc dede heterogneosheterogneos equilbriosequilbrios..

Assim,Assim, parapara aa reaoreao::

DQOI - UFC52

Estas expresses de constante de equilbrio indicam que

existe equilbrioequilbrio a uma dada temperatura por uma,uma, e

somente uma, concentraoconcentrao e uma pressopresso parcialparcial de

oxigniooxignio em contato com mercriomercrio lquidolquido e xidoxido dede

mercriomercrio (II)(II) slidoslido .

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Escrever tanto KcKc e KpKp para as seguintes reaes reversveis:

DQOI - UFC53

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ExerccioExerccio

O valor de KpKp de 2727 para a decomposio trmica do clorato de potssio em

uma dada alta temperatura. Qual a presso parcial de oxignio em um

recipiente fechado no qual o seguinte sistema est em equilbrio nesta mesma

temperatura?temperatura?

SoluoSoluo::

DQOI - UFC54

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