EQUILÍBRIO QUÍMICO. Profa. Loraine Jacobs DAQBI.

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1 EQUILÍBRIO QUÍMICO Profa. Loraine Jacobs DAQBI

2 É a parte da físico-química que estuda as reações reversíveis e as condições para o estabelecimento do equilíbrio. Reação reversível X Reação Irreversível Água Combustão - Características do Equilíbrio - Constantes de Equilíbrio - Deslocamento de Equilíbrio e Princípio de Le Chatelier

3 Características do Equilíbrio Reações Diretas e Inversas

4 Características do Equilíbrio Reações Diretas e Inversas Vel. de Evaporação Vel. de Condensação a) As moléculas podem se movimentar para a fase gasosa livremente pois não há vapor presente. b) Na presença de vapor o gás pode chocar-se com o vapor e a condensação começa a competir com a vaporização. c) A velocidade de condensação se iguala a de vaporização e ambas continuam ocorrendo no sistema.

5 Características do Equilíbrio Equilíbrio Dinâmico Ocorre quando a velocidade do processo direto e inverso se igualam As velocidades não vão a Zero, os processos continuam ocorrendo. As concentrações de reagentes e produtos permanecem constantes.

6 Características do Equilíbrio Condições necessárias para estabelecer o equilíbrio. Reação Reversível Sistema Fechado Manutenção de Temperatura e Pressão

7 Reação Reversível É a reação na qual os reagentes se transformam nos produtos, e estes, à medida que se formam, regeneram os reagentes iniciais. Reação completa Incolor

8 Reação Reversível Equilíbrio estabelecido sem consumo total dos reagentes

9 Reação Reversível Reação Inversa: CO 2(g) + NO (g) CO (g) +NO 2(g)

10 Reação Reversível Sempre representadas por Exemplos: 2NO 2(g) N 2 O 4(g) H 2(g) + I 2(g) 2HI (g) N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g) 2SO 2(g) + O 2(g) 2SO 3(g) (298K) (673K) (773K) (973K) As reações da química analítica, as reações na natureza e os principais processos industriais de produção de substâncias são em sua maioria reversíveis, ou seja, desenvolvem-se ao mesmo tempo e em direções opostas.

11 Reações no Equilíbrio As reações químicas atingem um estado de equilíbrio dinâmico no qual a velocidade das reações direta e inversa são iguais. Todos os equilíbrios são dinâmicos Não há alteração no equilíbrio mas as reações direta e inversa estão ocorrendo.

12 Reações no Equilíbrio

13 Reações no Equilíbrio Velocidade da reação Direta v 1 =k 1.[CO].[NO 2 ] Velocidade da reação Inversa v 2 = k 2.[CO 2 ].[NO]

14 Características do Equilíbrio Relações Matemáticas Tendo a seguinte reação genérica R P Sabemos que V direta = V inversa pelo conceito de equilíbrio. Pela lei de velocidade teremos que: V direta = k direta.[r] e V inversa = k inversa.[p]

15 Características do Equilíbrio Relações Matemáticas Se V direta = V inversa podemos escrever: k direta.[r] eq = k inversa.[p] eq k direta k inversa [P] = eq = constante [R] eq

16 Expressão de Equilíbrio (Lei de Ação das Massas) Para uma reação química geral: aa (g) + bb (g) cc (g) +dd (g) Podemos definir uma proporção de concentrações: Q = [C] c.[d] d [A] a.[b] b Esta proporção quando o Sistema não está em equilíbrio é chamada de quociente de reação (Q).

17 Expressão de Equilíbrio (Lei de Ação das Massas) Quando o Sistema está em equilíbrio, para a mesma reação: aa (g) + bb (g) cc (g) +dd (g) Podemos definir também uma proporção de concentrações neste caso quando o sistema está em equilíbrio é chamada de constante de equilíbrio (K) K = [C] c eq.[d] d eq [A] a eq.[b] b eq

18 Exercício 01: Para o processo BMA utilizado para produzir HCN temos a seguinte reação: NH 3(g) + CH 4(g) HCN (g) + 3H 2(g) Considerando que o processo seja realizado em sistema fechado e que os produtos não sejam removidos, escreva a expressão de equilíbrio desta reação. K = [HCN].[H 2 ] 3 [NH 3 ].[CH 4 ]

19 A constante de equilíbrio K tem a mesma forma de Q, quociente da reação, exceto porque usa as atividades no equilíbrio.

20 Constante de Equilíbrio Analisando Q e K

21 Grau de Equilíbrio - É o quociente entre a quantidade de um reagente (em mols) que realmente reagiu, até o equilíbrio, e a quantidade inicial de mols desse reagente.

22 Grau de Equilíbrio - próximo de 1 (ou % próximo de 100%): no equilíbrio, sobram apenas pequenas quantidades de reagentes, a extensão (ou rendimento) da reação é grande; próximo de zero (ou % próximo de zero): no equilíbrio, sobram grandes quantidades de reagentes (sem reagir), a reação tem uma extensão (ou rendimento) reduzida.

23 Equilíbrios de Fase Gasosa Quando utilizadas as concentrações molares (quantidade de matéria)- Kc Quando utilizadas as Pressões Parciais Kp Dada a reação: aa (g) + bb (g) cc (g) +dd (g) Podemos escrever: K = [P c ] c eq.[p D ] d eq [P A ] a eq.[p B ] b eq

24 Equilíbrios de Fase Gasosa Lembrando que PV = n.r.t Obteremos que K p = K c.r.t ( ngas) Sendo n gas o número de mols de gás do produto menos o número de mols de gás do reagente. Para que Kp = Kc o valor de n gas deve ser = 0

25 Equilíbrio Homogêneo e Heterogêneo

26 Equilíbrios Homogêneos: reagentes e produtos estão na mesma fase, gasosa ou aquosa. Equilíbrios Heterogêneos: Reagentes puros presentes na fase líquida ou sólida (concentrações não variam com a reação)

27 Equilíbrio Heterogêneo Ex: Decomposição do CaCO 3 CaCO 3(s) CaO (s) + CO 2(s) Muito CaCO 3(s), pouco CaO Pouco CaCO 3(s), muito CaO

28 Equilíbrio Heterogêneo CaCO 3(s) CaO (s) + CO 2(s) Neste caso como não há influência do CaCO 3(s) e do CaO (s) a constante de equilíbrio é dada por: K = [CO 2 ]

29 Exercício 02: Os íons cianeto precipitarão de uma solução que também contém íons prata, como descrito pelo seguinte equilíbrio: Ag + (aq) + CN - (aq) AgCN (s) Escreva a expressão de equilíbrio para essa reação: K =. 1. [Ag + ].[CN - ]

30 1) Com relação ao equilíbrio químico, afirma-se: I. O equilíbrio químico só pode ser atingido em sistema fechado (onde não há troca de matéria com o meio ambiente). II. Num equilíbrio químico, as propriedades macroscópicas do sistema (concentração, densidade, massa e cor) permanecem constantes. III. Num equilíbrio químico, as propriedades microscópicas do sistema (colisões entre as moléculas, formação de complexos ativados e transformações de umas substâncias em outras) permanecem em evolução, pois o equilíbrio é dinâmico. É (São) correta(s) a(s) afirmação(ões): a) Somente I e II. d) Somente I. b) Somente I e III. e) I, II e III. c) Somente II e III.

31 2) O pentacloreto de fósforo é um reagente muito importante em Química Orgânica. Ele é preparado em fase gasosa através da reação: Um frasco de 3,00 L contém as seguintes quantidades de equilíbrio, a 200 C: 0,120 mol de PCl 5 ; 0,600 mol de PCl 3 ; e 0,0120 mol de Cl 2. - Calcule o valor da constante de equilíbrio, em (mol/l) -1, a essa temperatura. Sugestão: Com as quantidades de mols e o volume do recipiente, calcule as concentrações em mol/l das substâncias.

32 3) Escreva as expressões matemáticas da constante Kc, dando as respectivas unidades, dos seguintes equilíbrios em fase gasosa:

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