Sumário. Química e indústria. Reversibilidade das reações químicas

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1 Sumário UNIDADE TEMÁTICA 1 Química e Indústria Equilíbrios e desequilíbrios Produção industrial do amoníaco - Reversibilidade das reações químicas. - Equilíbrio químico como exemplo de um equilíbrio dinâmico. - Situações de equilíbrio dinâmico e desequilíbrio. - A síntese do amoníaco como um exemplo de equilíbrio químico. - Constante de equilíbrio químico, K c : lei de Guldberg e Waage. Reversibilidade das reações químicas Uma reação química diz-se reversível quando pode ocorrer nos dois sentidos, isto é, os produtos da reação podem também combinar-se entre si para originar os reagentes. Exemplos de reações reversíveis e irreversíveis. 1

2 Reversibilidade das reações químicas O símbolo constituído por duas setas ( ) com sentidos opostos traduz a reversibilidade de uma reação química. Os termos reação direta e reação inversa são designações que resultam apenas de uma convenção. > Reação direta é aquela em que se considera como reagentes as espécies químicas que se encontram à esquerda do símbolo ; > Reação inversa é aquela em que se considera como reagentes as espécies químicas que se encontram à direita do símbolo. Reversibilidade das reações químicas Outro exemplo prático e conhecido duma reação reversível: 2

3 Reações em equilíbrio Se uma reação reversível ocorrer em sistema fechado acaba por conduzir a um estado de equilíbrio químico. Se uma reação reversível ocorrer em sistema aberto poderá não tender para um estado de equilíbrio (se os componentes saírem do sistema). O equilíbrio químico Consideremos a seguinte reação reversível: a A(g) + b B(g) c C(g)+ d D(g) Vejamos como varia a velocidade das espécies, até se atingir o equilíbrio químico. 3

4 O equilíbrio químico Consideremos a mesma reação reversível: a A(g) + b B(g) c C(g)+ d D(g) Vejamos como varia a concentração das espécies, até se atingir o equilíbrio químico. Aplicar o conhecimento 4

5 Equilíbrio químico Um estado dinâmico Quando uma reação atinge o equilíbrio químico não se observam quaisquer alterações, a nível macroscópico. Contudo, a reação não pára a nível microscópico: as reações direta e inversa continuam a decorrer, com igual rapidez, e a concentração das espécies do sistema mantém-se constante. Um exemplo de equilíbrio químico Quando se faz reagir iodo (I 2 ) com hidrogénio molecular (H 2 ) forma-se iodeto de hidrogénio (HI). Esta reação ocorre a temperaturas elevadas e os produtos e reagentes encontram-se em estado gasoso. I 2 (g) + H 2 (g) 2HI(g) 5

6 Equilíbrio químico Um equilíbrio químico, em relação às fases dos seus componentes pode denominar-se: Equilíbrio homogéneo e Equilíbrio heterogéneo. O que é que caracteriza um equilíbrio químico? 6

7 Constante de equilíbrio. Lei de Guldberg e Waage Entre 1864 e 1879, Guldberg e Waage mostraram que, numa reação química o equilíbrio pode ser atingido partindo dos reagentes ou dos produtos, uma vez que este estado se resume a uma competição entre as reações direta e inversa. Estes dois cientistas propuseram a lei de ação das massas (que também ficou conhecida como lei de Guldberg e Waage) e chegaram a uma relação matemática que, mais tarde, viria a ser conhecida como constante de equilíbrio. Constante de equilíbrio. Lei de Guldberg e Waage Consideremos a reação genérica: a A + b B c C + d D A sua constante de equilíbrio (K c ) é o quociente entre o produto das concentrações (no equilíbrio) dos produtos e o produto das concentrações dos reagentes, todas elas elevadas aos respetivos coeficientes estequiométricos. Assim, à temperatura T, a constante de equilíbrio para esta reação química genérica é definida pela expressão: 7

8 Resumindo Importante a A + b B c C + d D 8

9 Exercício 1 Exercício 2 Soluções: 9

10 Sumário UNIDADE TEMÁTICA 1 Química e Indústria Equilíbrios e desequilíbrios Produção industrial do amoníaco Continuação da lição anterior. - Quociente da reação, Q. - Relação entre K c e Q e o sentido dominante da progressão da reação. - Relação entre K c e a extensão da reação. Exercícios que envolvem equilíbrio químico. Quociente de reação Um modo de saber se o sistema está ou não em equilíbrio, e caso não esteja em que sentido está a evoluir, consiste em comparar a constante de equilíbrio (K c ) com o chamado quociente de reação, (Q). O quociente de reação, Q é uma expressão que tem a mesma forma que a constante de equilíbrio, na qual as concentrações não são necessariamente as concentrações de equilíbrio. Consideremos a reação genérica: a A + b B c C + d D 10

11 Quociente de reação Um modo de saber se o sistema está ou não em equilíbrio, e caso não esteja em que sentido está a evoluir, consiste em comparar à mesma temperatura a constante de equilíbrio (K c ) com o chamado quociente de reação, Q. Quociente de reação 11

12 Quociente de reação Quociente de reação 12

13 Exemplo Relação entre K c e a extensão da reação Para um dado sistema reacional, define-se a constante de equilíbrio, K c, como uma relação entre as concentrações, no equilíbrio, dos produtos e dos reagentes, a uma dada temperatura. a A + b B c C + d D Pelo valor da constante de equilíbrio de uma reação podemos perceber qual o grau de conversão dos reagentes em produtos da reação. 13

14 Qual a relação entre K c e K c Deste modo é fácil perceber que a extensão das duas reações varia na razão inversa. Isto é, se a reação for muito extensa no sentido direto será pouco extensa no sentido inverso e vice-versa. K ' c 1 K c Em Química, a extensão de uma reação química é medida pelo grau de conversão dos reagentes em produtos. Portanto, reações com constantes de equilíbrio muito elevadas são reações muito extensas, ou seja, têm rendimentos muito elevados. Relação entre K c e a extensão da reação 14

15 Extensão duma reação Relação entre K c e a extensão da reação 15

16 Exercício 1 Exercício 2 16

17 TPC 1. Fazer exercícios do livro, página 48 e

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