Componente de Química

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1 Disiplina d Físia Químia A 11º ano d solaridad Componnt d Químia Componnt d Químia 1.4 Produção industrial do amoníao Raçõs rvrsívis quilíbrio químio Em muitas raçõs químias os rants dão orim aos produtos d ração mas, msmo m sistma fhado, os produtos m ontato ntr si não ram ntr si para rnrar os rants. Estas raçõs dizm-s irrvrsívis. o Ração ntr áido lorídrio manésio mtálio. HC l aq) + M s) MCl aq) + H ) Noutras raçõs os produtos d ração ram ntr si, rnrando dsta forma os rants. Estas raçõs dizm-s rvrsívis. Nas raçõs rvrsívis oxistm as raçõs dirta invrsa. o Sínts do amoníao N ) + H ) NH ) o Sínts do iodto d hidroénio H ) + I ) HI ) Considrmos a sínts antrior ntr o iodo asoso, d or violta, o hidroénio asoso, inolor, m qu sts são introduzidos m iual quantidad num vaso rator, do qual s rtirou o ar, a uma tmpratura d 450 ºC. o H ) + I ) HI ) inolor violta inolor o Por obsrvação, durant um rto intrvalo d tmpo, a or violta iniial fia ada vz mnos intnsa até qu, a partir d dada altura, a or sofr uma stabilização. A or violta torna-s mnos intnsa porqu vai xistindo onsumo d iodo asoso. Paulo José Santos Carriço Portual Páina 1 d 9

2 Disiplina d Físia Químia A 11º ano d solaridad Componnt d Químia A ração não foi omplta, pois s o foss a or violta iria dsaparr totalmnt. O iodto d hidroénio é inolor não xist xsso d iodo nos rants, uma vz qu o iodo o hidroénio foram introduzidos nas orrtas proporçõs stquiométrias. As onntraçõs d todas as spéis químias prsnts no sistma raional são onstants, a partir da altura m qu a or stabilizou. A ração não trminou. Ao nívl molular vrifia-s qu as raçõs dirta invrsa prossam-s à msma vloidad. Diz-s qu o quilíbrio químio foi atinido. No iníio só xistm moléulas d rants, plo qu xist um maior númro d olisõs ntr as suas moléulas, onsquntmnt, a vloidad da ração dirta é máxima a vloidad da ração invrsa é nula. Com o prossuimnto da ração, oorr uma diminuição do númro d moléulas dos rants aumnta o númro d moléulas dos produtos d ração, dsta forma, diminui a vloidad da ração dirta aumnta a vloidad da ração invrsa. Paulo José Santos Carriço Portual Páina d 9

3 Disiplina d Físia Químia A 11º ano d solaridad Componnt d Químia Atin-s o quilíbrio químio quando a vloidad da ração dirta iuala a vloidad da ração invrsa. As onntraçõs d todas as spéis químias mantêms onstants. Assim, num sistma m quilíbrio: a ração dirta invrsa ontinuam a oorrr om iual vloidad; as onntraçõs das substânias prsnts mantêm-s onstants; não há mudanças obsrvávis nas propridads do sistma or, prssão, tmpratura, ) Existm situaçõs m qu as onntraçõs dos rants produtos s mantêm onstants msmo m sistma abrto. Dizs, nst aso, qu o sistma stá m stado staionário. Formação domposição do ozono na stratosfra o Formação do ozono O * ) + O ) O ) o Domposição do ozono O ) + nria O O ) + O * ) O ) + O * ) ) Caratrístias do quilíbrio químio Um quilíbrio diz-s homoéno quando os onstituints do sistma s nontram todos na msma fas diz-s htroéno quando os onstituints do sistma s nontram m fass difrnts. o A sínts do iodto d hidroénio é um xmplo d um quilíbrio homoéno, H ) + I ) HI ). Paulo José Santos Carriço Portual Páina d 9

4 Disiplina d Físia Químia A 11º ano d solaridad Componnt d Químia o A domposição do hidronossulfato d amónio é um xmplo d um quilíbrio htroéno, NH HS s) NH ) + H S ). O quilíbrio químio é um quilíbrio dinâmio. 4 Curvas d variação das onntraçõs das spéis químias m função do tmpo As urvas d variação das onntraçõs m função do tmpo, = f t), informam quanto às aratrístias dos sistmas raionais rprsntados. o A anális d um ráfio = f t) prmit idntifiar uma ração irrvrsívl sabr s um sistma atin o stado d quilíbrio. Como o rant A s onsom na totalidad trata-s d uma ração irrvrsívl. É atinido o stado d quilíbrio, no instant t pois a partir dss instant as onntraçõs do rant A do produto d ração B não variam. Paulo José Santos Carriço Portual Páina 4 d 9

5 Disiplina d Físia Químia A 11º ano d solaridad Componnt d Químia o A partir d um ráfio = f t) podm onhr-s as onntraçõs iniiais do sistma raional, assim omo as onntraçõs das substânias prsnts no quilíbrio, omparando as xtnsõs das raçõs dirta invrsa. A quação qu traduz st quilíbrio é: SO ) O ) + SO ). Podmos onluir qu: Constituints do sistma iniial mol dm - ) quilíbrio mol dm - ) SO 0,400 0,056 O 0,000 0,17 SO 0,000 0,44 No aso onrto do quilíbrio químio na ração d sínts do amoníao, dsrito pla quação N ) + H ) NH ), podríamos tr vários stados d quilíbrio, à msma tmpratura, dpndndo das onntraçõs iniiais das spéis químias. S um sistma químio, m quilíbrio, sofrr prturbaçõs, ra no sntido d as ontrariar, podndo assim prvr-s o omportamnto qu o sistma irá tr mdiant as prturbaçõs qu surirm. Paulo José Santos Carriço Portual Páina 5 d 9

6 Disiplina d Físia Químia A 11º ano d solaridad Componnt d Químia Asptos quantitativos do quilíbrio químio Rordando o quilíbrio químio H ) + I ) HI ), vamos supor qu, num vaso rator d apaidad fixa, a uma dada tmpratura, também fixa, são oloadas iuais quantidads d iodo hidroénio, ou sja, vamos tr iuais onntraçõs iniiais dsts dois rants, a ração prorid no sntido dirto até uma dada altura, vidniando ada vz mnos intnsidad da or violta, até stabilizar, altura m qu é atinido o quilíbrio. o A partir dst instant as onntraçõs d todas as spéis são iuais. Analisando a tabla suint: [H ] mol dm - ) [I ] mol dm - ) [HI] mol dm - ) [HI] /[H ] x [I ] 0,4789 x 10-1,1409 x 10 -,5 x 10-1,81 x 10-0,4789 x 10-1,1409 x 10 -,60 x 10 -,19 x 10 -,51 x 10-8,110 x 10-16,90 x 10-17,671 x 10-54,4 54, 54,4 54,5 o As quantidads das substânias prsnts no quilíbrio dpndm das quantidads iniiais dos rants. o À msma tmpratura para uma msma ração xist uma rlação qu s mantém onstant, nst aso qu é a onstant d quilíbrio. [ HI ] [ H ] x[ I ], om o valor d 54,5, Gnralizando para a ração rvrsívl a A + b B C + d D, m qu a, b, d são os ofiints stquiométrios das spéis químias A, B, C D, a onstant d quilíbrio, para uma dada tmpratura, srá alulada pla xprssão d [ C] x[ D] a [ A] [ ] b x B K =. Cato Guldbr Ptr Waa, nos finais do séulo XIX, stablram uma li, a Li do Equilíbrio Químio, ou Li da Ação das Massas, também onhida omo Li d Guldbr Waa, qu diz: Num sistma m quilíbrio químio é onstant a razão ntr o produto das onntraçõs dos produtos d ração o produto das onntraçõs dos rants, lvadas aos rsptivos ofiints stquiométrios. Paulo José Santos Carriço Portual Páina 6 d 9

7 Disiplina d Físia Químia A 11º ano d solaridad Componnt d Químia A onstant d quilíbrio m sistmas homoénos A sínts do amoníao é um xmplo d um sistma homoéno. o N ) + H ) NH ) o A sua onstant d quilíbrio é K = [ NH ] [ N ] x[ H ] o A onstant d quilíbrio da ração invrsa é ' [ N ] x[ H ] [ NH ] K = tal qu K ' 1 =. K Num onito trmodinâmio, a onstant d quilíbrio é dfinida omo não possuindo unidads, porqu ada trmo da onntração stá dividido por um valor padrão 1 mol dm - ) assim altrados os valors numérios. K não aprsnta unidads, não sndo O valor da onstant d quilíbrio dpnd da naturza da ração da tmpratura. o Para a msma tmpratura, a onstant d quilíbrio d uma dada ração é smpr a msma. S a tmpratura variar o Á msma tmpratura K varia. K varia muito d ração para ração, omo mostra o quadro suint, orrspondnt a três raçõs à msma tmpratura. H H H Ração ) + I ) HI ) 10 9 ) + Br ) HBr ) ) + Cl ) HCl ) 10 K o A xtnsão da ração dirta é o rau d transformação dos rants m produtos d ração, atinido o quilíbrio. A xtnsão da ração dirta é muito suprior à xtnsão da ração invrsa, s K ff 1, sinifiando qu no quilíbrio há muito maior quantidad d produtos d ração qu d rants. Paulo José Santos Carriço Portual Páina 7 d 9

8 Disiplina d Físia Químia A 11º ano d solaridad Componnt d Químia A xtnsão da ração invrsa é muito suprior à xtnsão da ração dirta, s K pp 1, sinifiando qu no quilíbrio há muito maior quantidad d rants qu d produtos d ração. A xtnsão das raçõs dirta invrsa não são muito difrnts, s a onstant d quilíbrio não for nm muito suprior nm muito infrior a 1, sinifiando qu as quantidads d rants produtos d ração, no quilíbrio, são da msma ordm d randza. Quoint d ração Um modo d sabr s um sistma stá ou não m quilíbrio onsist m omparar a onstant d quilíbrio, K, om o quoint da ração, Q, sabndo dst modo m qu sntido vai voluir. Atnção qu o valor da onstant d quilíbrio para uma dada ração só varia om a tmpratura. O quoint da ração é ntão uma xprssão qu tm a msma forma qu a onstant d quilíbrio, na qual as onntraçõs não são nssariamnt as onntraçõs d quilíbrio. Isto é, s onsidrarmos a ração H ) + I ) HI ), o quoint da ração srá: Q = [ HI] [ H ][ I ] S S Q = K, o sistma stá m quilíbrio. Q K, o sistma não stá m quilíbrio. Assim, atndndo à ração néria a A + b B C + d D, tmos Q = d [ C] x[ D] a [ A] [ ] b x B, podmos visualizar a volução do sistma da suint forma: Paulo José Santos Carriço Portual Páina 8 d 9

9 Disiplina d Físia Químia A 11º ano d solaridad Componnt d Químia o S Q p K, a quantidad d rants nst stado é suprior à quantidad d rants no stado d quilíbrio o qu implia qu a ração s ontinu a dar no sntido da formação dos produtos spontanamnt, i.., é priviliada a ração dirta até atinir o quilíbrio, quando Q = K. o S Q f K, a quantidad d produtos d ração nst stado é suprior à quantidad d produtos d ração no stado d quilíbrio o qu implia qu a ração s dê spontanamnt no sntido da formação d rants, i.., é priviliada a ração invrsa até atinir o quilíbrio, quando Q = K. No aso onrto da sínts do amoníao, N ) + H ) NH ), o [ ] [ ] [ ] NH quoint da ração é Q = : N x H s Q p K, é favorida a formação d amoníao ração dirta); S Q f K, é favorida a domposição d amoníao ração invrsa); S a tmpratura do sistma variar, varia a onstant d quilíbrio. T ºC) K 00,67 x ,9 x ,0 800,00 x 10 - Esta é uma ração xotérmia, H p 0, a um aumnto d tmpratura orrspond uma diminuição da onstant d quilíbrio, ou sja, é priviliada a ração invrsa. L Chat Simulação d stados d quilíbrio m sistmas homoénos, obsrvando om partiular atnção a volução dos rsptivos quoints d ração Paulo José Santos Carriço Portual Páina 9 d 9