Equilíbrio Químico Marcela Pinelli 18724 Guilherme D. P. C. 18706 Prof.: Élcio Barrak Capítulo...
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Equilíbrio Químico
Marcela Pinelli 18724
Guilherme D. P. C. 18706
Prof.: Élcio Barrak
Capítulo 15
Universidade Federal de Itajubá
Tópicos Abordados
• Conceito de Equilíbrio
• A Constante de Equilíbrio
• Equilíbrios Heterogêneos
• Cálculo das Constantes de Equilíbrio
• Aplicações das Constantes de Equilíbrio
• Princípio de Le Châtelier
• Equilíbrio Químico no Cotidiano
• O equilíbrio químico é uma situação em que a proporção entre as quantidades de reagentes e produtos em uma reação química se mantêm constantes ao longo do tempo.
• No equilíbrio químico as reações opostas acontecem a velocidades iguais.
Conceito de Equilíbrio
Conceito de Equilíbrio
AB
BA
Reação direta:
][
][
BKVelocidade
AKVelocidade
i
d
Reação inversa:
)/(][
/(][
/()/(
RTPB
RT )PA
RT )PVnn
nRTPV
B
A
RT
PKVelocidade
RT
PKVelocidade
Bi
Ad
Reação direta:
A pressão influencia a velocidade proporcionalmente
As velocidades para as reações direta e inversa:
Conceito de Equilíbrio
Reação inversa:
Equilíbrio acontece quando:
RT
PK
RT
PK B
iA
d
Rearranjando a Equação e cancelando os termos RT
O equilíbrio é dinâmico, A e B não param de reagir.
constante uma )/(
)/(
i
d
A
B
A
B
K
K
P
P
RTP
RTP
Conceito de Equilíbrio
O Processo de Haber
Haber desenvolveu um importante processo para sintetizar amônia a partir de nitrogênio e hidrogênio.
Essa reação é a base do processo de Haber para sintetizar amônia, muito utilizada na agricultura para a fertilização do solo.
)(2)(3)( 322 gNHgHgN
O equilíbrio acontece quando:
RT
PK
RT
PK B
iA
d
Rearranjando a equação e cancelando os termos RT
constante uma )/(
)/(
i
d
A
B
A
B
K
K
P
P
RTP
RTP
A Constante de Equilíbrio
A Constante de Equilíbrio
dDcCbBaA
eqbB
aA
dD
cC
i
dK
)(P)(P
)(P)(P
k
k
A condição de equilíbrio para reagentes e produtos na fase gasosa:
A condição de equilíbrio para reagentes e produtos em solução:
A expressão da constante de equilíbrio depende apenas da estequiometria da reação, não de seu mecanismo.
ba
dc
eq BA
DCK
)()(
)()(
O valor da constante de equilíbrio varia apenas com a temperatura.
Lei da ação das massas
Ordem de Grandeza das Constantes
O Sentido da Equação Química
O sentido no qual escrevemos a equação química para um equilíbrio é arbitrário:
reagentes. os predominam esquerda; à -encontra-se equilíbrio :1
produtos. os predominam direita; à-encontra-se equilíbrio :1
eq
eq
K
K
)(2)( 242 gNOgON
A Constante de Equilíbrio
• A constante de equilíbrio da reação inversa é o inverso da constante de equilíbrio da reação direta.• Multiplicar os coeficientes de uma reação original, gera uma constante de equilíbrio equivalente a elevar a constante de equilíbrio original a esse número.
A Constante de Equilíbrio
• A constante de equilíbrio de uma reação em etapas é a multiplicação das constantes das etapas individuais.
Equilíbrios heterogêneos
• As pressões parciais dos gases são substituídas na expressão da constante de equilíbrio.
• As concentrações molares das espécies dissolvidas são substituídas na expressão da constante de equilíbrio.
• Os sólidos puros, os líquidos puros e os solventes não são incluídos na expressão da constante de equilíbrio.
Equilíbrios heterogêneos
A expressão da constante de equilíbrio fica:
2
)()()( 23
COeq PK
gCOsCaOsCaCO
Exemplos:
Cálculo das Constantes de Equilíbrio
- Conhecendo todas as concentrações ou pressões parciais no equilíbrio;
bB
aA
dD
cC
eq PP
PPK
)()(
)()(
ba
dc
eq BA
DCK
)()(
)()(
- Conhecendo a concentração ou pressão parcial no equilíbrio de pelo menos uma espécie:
• Tabelar os valores iniciais e de equilíbrio;• Calcular a variação das espécies conhecidas;• Determinar a variação das outras substâncias utilizando a estequiometria;• Calcular as concentrações de equilíbrio;• Determinar Keq .
Cálculo das Constantes de Equilíbrio
Demonstração
O trióxido de enxofre decompõe-se a alta temperatura em um recipiente selado: 2 SO3(g) 2 SO2(g) + O2(g). Inicialmente o recipiente é abastecido a 1000 K com SO3(g) a uma pressão parcial de 0,500 atm. No equilíbrio, a pressão parcial de SO3(g) é 0,200 atm. Calcule o valor de Keq.
2 SO3(g) 2 SO2(g) + O2(g)
Início 0,500 atm ------- -------
Variação -0,300 atm +0,300 atm +0,150 atm
Equilíbrio 0,200 atm +0,300 atm +0,150 atm
338,0)(
)()(2
2
3
22
SO
OSOeq P
PPK
Aplicações das Constantes de Equilíbrio
- Determinação do sentido para atingir o equilíbrio;
- Cálculo das concentrações de reagentes e produtos durante o equilíbrio.
Determinação do sentido para atingir o equilíbrio
• Quociente da reação (Q) : Resultado obtido pela substituição das pressões parciais ou concentrações dos produtos e reagentes na expressão da Keq.
Q > Keq →Equilíbrio com mais reagentes (dir.→esq.)
Q < Keq →Equilíbrio com mais produtos (esq.→dir.)
Q = Keq →Sistema em equilíbrio.
Cálculo das concentrações de reagentes e produtos durante o equilíbrio.
Em uma mistura em equilíbrio, a pressão parcial de H2 é de 3,85 atm e a pressão parcial de I2 é 63,1 atm. Sabendo que o valor da constante de equilíbrio da reação abaixo é 50,5, qual é a pressão parcial de HI no equilíbrio? H2(g) + I2(g) 2HI(g)
Pressão no equilíbrio (atm): 3,85 63,1 x
PHI = x ≈ 110,6 atm.
5,50)1,63)(85,3(
²
))((
)(
22
2
x
PP
PK
IH
HIeq
Princípio de Le Châtelier
“Se um sistema em equilíbrio é perturbado por uma variação na temperatura, pressão ou concentração de um dos componentes, o sistema deslocará sua posição de equilíbrio de tal forma a neutralizar o efeito do distúrbio.”
Influência da Variação de Pressão (P)
• ↑ P (↓Volume) : Equilíbrio deslocado para o sentido da reação que possui menor quantidade gasosa.
• ↓ P (↑Volume) : Equilíbrio deslocado para o sentido da reação que possui maior quantidade gasosa.
Exemplo: N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)
4 mols 2 mols
Influência da Variação de Temperatura (T)
• ↑ T : Equilíbrio deslocado no sentido da reação endotérmica.
• ↓ T : Equilíbrio deslocado no sentido da reação exotérmica.
Exemplo: PCl5 (g) PCl3(g) + Cl2(g) ΔHº = 87,9 kJ Reação direta = endotérmica. Reação inversa = exotérmica.
Influência da Concentração [C]
• ↑ [C] : Equilíbrio deslocado no sentido de consumir essa substância.
• ↓ [C] : Equilíbrio deslocado no sentido de produzir essa substância. Exemplo: N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)
Influência dos Catalisadores
Aumenta a velocidade para o equilíbrio ser atingido, mas NÃO a composição da mistura no equilíbrio.
Equilíbrio Químico no Cotidiano
• Óculos Fotocromáticos: AgCl + energia Ag + Cl
AgCl = aparência clara. Ag = aparência escura.
• Cerveja Supercongelamento
Referências Bibliográficas
-Química: A Ciência Central, 9ª ed. Brown, LeMay, Bursten
-http://www.agracadaquimica.com.br/index.php?&ds=1&acao=quimica/ms2&i=23&id=239