Pr of. Mat eus Andr ade

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3 Reaç ões c om plet as ou irreversíveis EQUILÍBRIO QUÍMICO São reaç ões nas quais os reagent es são t ot alm ent e c onvert idos em produt os, não havendo sobra de reagent e, ao final da reaç ão! Ex em plo: HCl (aq) + NaOH (aq) NaCl (aq) + H 2 O (l) Essas reaç ões t em rendim ent o 100 %!

4 Reaç ões inc om plet as ou reversíveis EQUILÍBRIO QUÍMICO São reaç ões nas quais os reagent es não são t ot alm ent e c onvert idos em produt os, havendo sobra de reagent e, ao final da reaç ão! Ex em plo: - reaç ões de est erific aç ão CH 3 COOH + C 2 H 5 OH CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O Essas reaç ões t em rendim ent o < 100 %!

5 A reversibilidade de um a reaç ão pode ser relac ionada c om o seu rendim ent o! EQUILÍBRIO QUÍMICO Para a reaç ão gasosa (c om baix o rendim ent o) : Concentração (mol/l) CO + H 2 O CO 2 + H 2 Reação com baixo rendimento [CO] = [H 2 O] [CO 2 ] = [H 2 ] tempo

6 A m esm a reaç ão, c om alt o rendim ent o CO + H 2 O CO 2 + H 2 EQUILÍBRIO QUÍMICO Concentração (mol/l) Reação com alto rendimento [CO 2 ] = [H 2 ] [CO] = [H 2 O] tempo

7 EQUILÍBRIO QUÍMICO Sob o pont o de vist a da c inét ic a quím ic a, as reaç ões reversíveis podem oc orrer em dois sent idos (diret o e inverso) represent ados por R P c om um a veloc idade diret a (v diret a ou v 1 ) e um a veloc idade inversa (v inversa ou v 2 ).

8 EQUILÍBRIO QUÍMICO Considerando-se um a reaç ão quím ic a genéric a: aa + bb xx + yy A veloc idade diret a será: v 1 = k 1 [A] a [B] b a qual dim inui c om o passar do t em po. A veloc idade inversa será: v 2 = k 2 [X] x [Y] y que no iníc io é nula e vai aum ent ant o!

9 EQUILÍBRIO QUÍMICO A m edida que a reaç ão avanç a a veloc idade diret a vai dim inuindo e a inversa aum ent ando, at é o m om ent o em que as duas t ornam - se iguais e a veloc idade global nula! v diret a = v inversa v 1 = k 1 [A] a [B] b e v 2 = k 2 [X] x [Y] y Esse m om ent o é c ham ado de Equilíbrio Quím ic o.

10 As variaç ões de veloc idade diret a e inversa, at é alc anç ar o equilíbrio, podem ser represent adas pelo diagram a abaix o. EQUILÍBRIO QUÍMICO velocidade 0 velocidades e equilíbrio 10 equilíbrio quím ic o velocidade direta 2 velocidade inversa tempo

11 Se as duas veloc idades (diret a e inversa) são iguais ao at ingir o equilíbrio, ent ão: EQUILÍBRIO QUÍMICO k k v 1 = v 2 k 1 [A] a [B] b = k 2 [X] x [Y] y isolando os t erm os sem elhant es result a: 1 2 = C C x X a A.. C C y Y b B = K c C A a = [A] a,... C A a, C B b,... = c onc ent raç ões m olares de A, B,... K c = c onst ant e de equilíbrio (c onc ent raç ões)

12 EQUILÍBRIO QUÍMICO Se a reaç ão oc orrer em fase gasosa a c onst ant e de equilíbrio pode ser ex pressa em funç ão das pressões parc iais ex erc idas pelos c om ponent es gasosos: K p = P P x X a A.. P P y Y b B lembre que: P = nrt V P = pressão ; V = volume ; n = número de mols ; T = temperatura (K) R = constante universal dos gases = 0,082 atm.l/mol.k

13 Cálc ulo da c onst ant e K c - ex em plo O PCl 5 se dec om põe, segundo a equaç ão: EQUILÍBRIO QUÍMICO PCl 5 PCl 3 + Cl 2 Ao inic iar havia 3,0 m ols/l de PCl 5 e ao ser alc anç ado o equilíbrio rest ou 0,5 m ol/l do reagent e não t ransform ado. Calc ular K c. PCl 5 PCl 3 Cl 2 Inic io 3,0 - - Equilíbrio 0,5 2,5 2,5 Reage 2,5 - - A c onst ant e de equilíbrio será: K c = [PCl 3 ].[Cl 2 ] / [PCl 5 ] = [2,5].[2,5] / [0,5] K c = 12,5 m ol/l

14 Desloc am ent o do equilíbrio quím ic o (Princ ípio de Le Chat elier ou equilíbrio m óvel) EQUILÍBRIO QUÍMICO Quando um agent e ex t erno at ua sobre um a reaç ão em equilíbrio, o m esm o se desloc ará no sent ido de dim inuir os efeit os c ausados pelo agent e ex t erno. Os agent es ex t ernos que podem desloc ar o est ado de equilíbrio são: 1. variaç ões nas c onc ent raç ões de reagent es ou produt os; 2. variaç ões na t em perat ura; 3. variaç ões na pressão t ot al.

15 1 - Influênc ia das variaç ões nas c onc ent raç ões EQUILÍBRIO QUÍMICO * A adiç ão de um c om ponent e (reagent e ou produt o) irá desloc ar o equilíbrio no sent ido de c onsum í-lo. * A rem oç ão de um c om ponent e (reagent e ou produt o) irá desloc ar o equilíbrio no sent ido de regenerá-lo. As variaç ões nas c onc ent raç ões de reagent es e/ou produt os não m odific am a c onst ant e K c ou K p.

16 1 - Influênc ia das variaç ões nas c onc ent raç ões Ex em plo EQUILÍBRIO QUÍMICO Na reaç ão de sínt ese da am ônia N 2(g) + 3 H 2(g) 2 NH 3(g) I - adic ionando N 2 ou H 2 o equilíbrio desloc a-se no sent ido de form ar NH 3 ( ) ; II - rem ovendo-se NH 3 o equilíbrio desloc a-se no sent ido de regenerá-la ( ).

17 2 - Influênc ia das variaç ões na t em perat ura EQUILÍBRIO QUÍMICO Um aum ent o na t em perat ura (inc rem ent o de energia) favorec e a reaç ão no sent ido endot érm ic o. Um a dim inuiç ão na t em perat ura (rem oç ão de energia) favorec e a reaç ão no sent ido ex ot érm ic o. A m udanç a na t em perat ura é o únic o fat or que alt era o valor da c onst ant e de equilíbrio (K c ou K p ). - para reaç ões ex ot érm ic as: T K c - para reaç ões endot érm ic as: T K c

18 2 - Influênc ia das variaç ões na t em perat ura Ex em plo EQUILÍBRIO QUÍMICO A sínt ese da am ônia é ex ot érm ic a: N H 2 2 NH 3 DH = - 17 k c al/m ol I - um aum ent o na t em perat ura favorec e o sent ido endot érm ic o ( ); II - um resfriam ent o (dim inuiç ão na t em perat ura favorec e a sínt ese da am ônia, ou seja, o sent ido diret o ( ). Port ant o, na produç ão de am ônia o reat or deve est ar perm anent em ent e resfriado!

19 3 - Influênc ia das variaç ões na pressão t ot al EQUILÍBRIO QUÍMICO As variaç ões de pressão som ent e afet arão os equilíbrios que apresent am c om ponent es gasosos, nos quais a diferenç a de m ols gasosos ent re reagent es e produt os seja diferent e de zero (Dn gases ž 0). Um aum ent o na pressão t ot al (reduç ão de volum e) desloc a o equilíbrio no sent ido do m enor núm ero de m ols gasosos. Um a dim inuiç ão na pressão t ot al (aum ent o de volum e) desloc a o equilíbrio no sent ido do m aior núm ero de m ols gasosos.

20 3 - Influênc ia das variaç ões na pressão t ot al Ex em plo EQUILÍBRIO QUÍMICO Na sínt ese da am ônia oc orre dim inuiç ão no núm ero de m ols gasosos (Dn gases = - 2) N 2(g) + 3 H 2(g) 2 NH 3(g) I - um aum ent o na pressão desloc a o equilíbrio no sent ido diret o, m enor n o de m ols( ); II - um a reduç ão de pressão desloc a o equilíbrio no sent ido inverso, m aior n o de m ols ( ). Se a diferenç a de m ols gasosos for nula as variaç ões de pressão não desloc am o equilíbrio.

21 Sínt ese da am ônia EQUILÍBRIO QUÍMICO - efeit o da pressão t ot al

22 EQUILÍBRIO IÔNICO

23 É o c aso part ic ular de equilíbrio no qual, além de m oléc ulas, est ão present es íons. EQUILÍBRIO IÔNICO Oc orre part ic ularm ent e nos proc essos de dissoc iaç ão de: I - ác idos frac os II - bases frac as III - água Nos ác idos e bases fort es a dissoc iaç ão é quase c om plet a, não oc orrendo, pois, um est ado de equilíbrio! Ác idos fort es: HCl, HBr, HI, HNO 3, H 2 SO 4. Bases fort es: alc alinas e alc alino-t errosas.

24 Dissoc iaç ão de ác idos frac os EQUILÍBRIO IÔNICO Nesse c aso, ao ser dissolvido em água, haverá um predom ínio de m oléc ulas, ao c ont rário do que oc orreria para um ác ido fort e. Ex em plos: I - ác ido fort e: HCl (aq) H + + Cl - (predom inam espéc ies iônic as) II - ác ido frac o: HCN H + + CN - (predom inam m oléc ulas)

25 Const ant e de ionizaç ão (K i ) Ác ido frac o EQUILÍBRIO IÔNICO HCN H + + CN - K i = K ác ido = [H + ].[CN - ] / [HCN] = 4, * O baix o valor de K i indic a um ác ido m uit o frac o! Base frac a NH 4 OH NH OH - K i = K base = [NH 4+ ].[OH - ] / [NH 4 OH] = 4, * O baix o valor de K i indic a um a base m uit o frac a!

26 Aut o-dissoc iaç ão da água A água dissoc ia-se frac am ent e de ac ordo c om EQUILÍBRIO IÔNICO H 2 O H + + OH - Sua c onst ant e de dissoc iaç ão será: K água = [H + ].[OH - ] / [H 2 O] = 1, O baix o valor de K indic a fraquíssim a dissoc iaç ão!!! Dessa c onst ant e result a: [H + ].[OH - ] = = K w = Produt o iônic o da água Com o a dissoc iaç ão origina igual quant idade de íons H + e OH -, ent ão: [H + ] = [OH - ] = 10-7 m ol/lit ro

27 Se adic ionarm os um ác ido na água: [H+] > [OH-] EQUILÍBRIO IÔNICO Ex : [H + ] = 10-6 ; [OH - ] = 10-9 [H + ] = 10-3 ; [OH - ] = * Lem bre-se: [H + ].[OH - ] = c onst ant e = = K w Se adic ionarm os um a base na água [H+] < [OH-] Ex : [OH - ] = 10-1 ; [H + ] = [OH - ] = 10 0 ; [H + ] = [OH - ] = 2, ; [H + ] = 4,

28 Conc eit os de ph e poh EQUILÍBRIO IÔNICO Em 1909, o quím ic o Sörenson est abelec eu esc alas arbit rárias que perm it iam c om parar a ac idez ou alc alinidade de soluç ões aquosas diluídas, às quais designou de ph = pot enc ial Hidrogeniônic o (H + ) poh = pot enc ial Hidrox iliônic o (OH - ) onde ph = - log 10 [H + ] poh = - log 10 [OH - ]

29 Assim : EQUILÍBRIO IÔNICO a) para água pura: [H + ] = [OH - ] = 10-7 ph = poh = - log 10 (10-7 ) = - (-7) log 10 = 7 b) para soluç ão ác ida: [H + ] = 10-3 [OH - ] = ph = - log 10 (10-3 ) = - (-3) log 10 = 3 poh = 11 c ) para soluç ão básic a: [OH - ] = 10-1 [H+] = poh = - log 10 (10-1 ) = - (-1) log 10 = 1 ph = 13 Not e que: [H + ].[OH - ] = ; ph + poh = 14

30 Ex em plo EQUILÍBRIO IÔNICO Qual o ph de um a soluç ão que apresent a 0,0365 gram as de HCl dissolvidas em 10 L de soluç ão final? Soluç ão Para ác idos fort es [H + ] = [ác ido]. Logo: [H + ] = m 1 / M 1. V = 0,0365 / 36,5.10 = 10-4 ph = - log [H + ] = - log 10-4 = - (-4) log. 10 = 4 Respost a: ph = 4

31 Hidrólise de sais EQUILÍBRIO IÔNICO A hidrólise pode ser c onsiderada c om o o proc esso inverso ao da neut ralizaç ão, oc orrendo c om sais derivados de: ác ido fort e c om base frac a ou ác ido frac o c om base fort e. NEUTRALIZAÇÃO ÁCIDO + BASE SAL + H 2 O HIDRÓLISE Na realidade a hidrólise oc orre apenas c om o íon (c át ion ou ânion) provenient e do elet rólit o frac o. Assim, um sal c om o o NaCl não sofrerá hidrólise pois origina-se de ác ido e base fort es (HCl e NaOH).

32 Ex em plo (1) EQUILÍBRIO IÔNICO Hidrólise do NH 4 Cl (sal derivado do NH 4 OH e HCl base frac a e ác ido fort e) A reaç ão de hidrólise oc orrerá c om o íon NH 4+. NH H 2 O NH 4 OH + H + base frac a - t endênc ia de form ar m oléc ulas! t orna o m eio ác ido, dim inui o ph!

33 Ex em plo (2) EQUILÍBRIO IÔNICO ác ido frac o - t endênc ia de form ar m oléc ulas! Hidrólise do NaHCO 3 (sal derivado do NaOH e H 2 CO 3 base fort e e ác ido frac o) A hidrólise oc orrerá c om o íon HCO 3-. HCO H 2 O H 2 CO 3 + OH - H 2 O + CO 2 t orna o m eio básic o, aum ent a o ph! NaHCO 3 = princ ipal c onst it uint e do sal de frut as!

34 Conc lusão! EQUILÍBRIO IÔNICO At ravés de reaç ões de hidrólise o ph (ou poh) de um a soluç ão pode ser m odific ado sem que se adic ione à m esm a um ác ido ou um a base e sim um sal derivado de ác ido ou base frac a!!!

35 Ác idos e bases (Teoria de Bronst ed e Löw ry) EQUILÍBRIO IÔNICO Nos equilíbrios iônic os, c om parando-se reagent es e produt os, é possível propor um a nova t eoria para ác idos e bases. Segundo Bronst ed e Löw ry: - Ác idos são espéc ies quím ic as doadoras de prót ons (H + ). - Bases são espéc ies quím ic as rec ept oras de prót ons (H + ).

36 Ex em plos EQUILÍBRIO IÔNICO HCN + H 2 O H 3 O + CN - ác ido 1 base 1 ác ido 2 base 2 NH 3 + H 2 O NH OH - base 1 ác ido 1 ác ido 2 base 2 HCO H 2 O H 2 CO 3 + OH - base 1 ác ido 1 ác ido 2 base 2 A água c om port a-se c om o ác ido ou base, dependendo da reaç ão. Tais subst ânc ias são dit as ANFIPRÓTICAS!!

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