Prof. Alexandre D. Marquioreto

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1 Prof. Alexandre D. Marquioreto

2 Introdução No início do século XX, a expectativa da explosão da primeira guerra mundial gerou uma desesperada necessidade por compostos a base de nitrogênio, como os nitratos NO 3 1- ; A maior utilização desse composto, nitrato, está na agricultura e na fabricação de explosivos; Sua fonte de extração estava em depósitos no Chile, e o limitado composto não poderia suprir a demanda; Além disso, com a expectativa da guerra, as rotas marítimas estavam vulneráveis a ataques, comprometendo a obtenção do composto.

3 Introdução Sabendo que o ar atmosférico é rico em nitrogênio, cientistas de ambos os lados do confronto tentaram converter o nitrogênio em compostos; Com muita determinação, aplicação e um pouco de sorte, o químico alemão Fritz Haber conseguiu recolher o nitrogênio do ar, transformando-o em uma fonte abundante de compostos para a agricultura e armamentos; O sucesso de Fritz Haber se baseou nos conceitos de equilíbrio químico, o qual estudaremos a partir de agora.

4 Equilíbrio Considere a reação: CO 2(g) + H 2(g) CO (g) + H 2 O (v) [ ] Equilíbrio [CO 2 ] [H 2 ] [CO] ou [H 2 O] t 1 t 2 t 3 tempo Nota-se que em t 3 as [ ] estão constantes, portanto, a reação atingiu o equilíbrio, cuja as velocidades dos reagentes se igualam as dos produtos. Assim, a reação é Representada da seguinte forma: CO 2(g) + H 2(g) CO (g) + H 2 O (v)

5 Princípio de Le Châtelier Quando sistemas em equilíbrio são submetidos a qualquer perturbação exterior, o equilíbrio deslocase no sentido contrário a fim de minimizar esta perturbação. Quando a perturbação favorece a formação de produtos, diz-se: deslocamento para direita. Quando a perturbação favorece a formação de reagentes, diz-se: deslocamento para esquerda.

6 N 2 adicionado Princípio de Le Châtelier [ ] Mais NH 3 é formado [NH 3 ] [H 2 ] Alguma quantidade de H 2 é consumida [N 2 ] Sistema em equilíbrio Quantidade de N 2 adicionada é consumida Sistema em uma nova posição de equilíbrio tempo

7 Deslocamento de Equilíbrio Fatores que influenciam no deslocamento do equilíbrio: Concentração das espécies; Temperatura; Pressão. Obs.: Os catalisadores não influem no deslocamento equilíbrio, apenas acelera a reação. do

8 Deslocamento de Equilíbrio Concentração 2 CrO H + Cr 2 O H 2 O Amarelo Alaranjado Aumento da [CrO 4 2- ] ou [H + ] há consumo, portanto o equilíbrio deslocará para direita, prevalecendo a cor alaranjado. Aumento da [Cr 2 O 7 2- ] ou água desloca o equilíbrio para a esquerda, prevalecendo a cor amarelo. Isso também pode ser feito pela adição de NaOH, pois ocorre o consumo de H +, tendo o mesmo efeito.

9 Deslocamento de Equilíbrio Temperatura Exotérmico N 2(g) + 3 H 2(g) 2 NH 3(g) H < 0 Endotérmico Aumento da temperatura desloca o equilíbrio no sentido da reação endotérmica ( para esquerda). Diminuição da temperatura desloca o equilíbrio no sentido da reação exotérmica ( para direita).

10 Deslocamento de Equilíbrio Pressão Redução da pressão desloca para maior volume. Aumento da pressão desloca para menor volume.

11 Deslocamento de Equilíbrio Pressão 1 N 2(g) + 3 H 2(g) 2 NH 3(g) 1V 3V 2V 4V 2V Aumento da pressão desloca para o menor volume. Diminuição da pressão desloca para o maior volume.

12 Constante de Equilíbrio Constante de equilíbrio (Kc) temperatura constante Considere a reação genérica: aa + bb Reação direta Reação inversa cc + dd Reação direta e expressão da velocidade Vdireta = kd. [A] a. [B] b Reação inversa e expressão da velocidade Vinversa = ki. [C] c. [D] d Vdireta = Vinversa kd. [A] a. [B] b = ki. [C] c. [D] d kd = [C] c. [D] d Kc = [C] c. [D] d Kc = [produto] α (mol/l) n ki = [A] a. [B] b [A] a. [B] b [reagente] β Onde: n = (c + d) (a + b)

13 Constante de Equilíbrio Kp : Constante de equilíbrio gasoso temperatura constante Nas reações em fase gasosa, as concentrações dos reagentes e dos produtos também podem ser expressas em termos das suas pressões parciais Condidre o seguinte sistema em equilíbrio. 1 N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) Podemos escrever; Kp = p 2 NO 2 p 1 N 2 O 4 Onde, P NO 2 e P N 2O4 são respectivamente, as pressões parciais (em atm) de NO 2 e N 2 O 4 no equilíbrio. K P significa que as concentrações de equilíbrio estão expressas em termos de pressão.

14 Constante de Equilíbrio Relação entre Kc e Kp Kp = Kc. (R. T) n Em que : R = 0,082 L.atm/K. mol n = (nº de mol do produto no estado gasoso) (nº de mol do reagente no estado gasoso) Obs.: Substâncias na fase sólida possuem atividade constante e não influenciam no cálculo da constante, portanto, será considerado 1 na expressão do cálculo da constante.

15 Constante de Equilíbrio O significado de Kc e Kp Kc ou Kp > 1 significa formação de produto (deslocamento para a direita) Kc ou Kp < 1 significa formação de reagente (deslocamento para a esquerda) Kc ou Kp = 1 significa que não há deslocamento no equilíbrio

16 Exercício de Equilíbrio Cálculo de Kc e Kp 1) (UFPB) Um recipiente de 4L contêm carbonato de cálcio sólido, o qual se decompõe a 600K, segundo a equação: CaCO 3(s) CaO (s) + CO 2(g) Determine os valoes de Kc e Kp para esta reação, sabendo-se que no equilíbrio são encontrados 10 mols de CO 2(g) Dado: R = 0,082 atm. L / mol. K

17 Exercício de Equilíbrio Resolução Kc = [CO 2 ] nota-se que as outras espécies não entram na expressão de equilíbrio porque são sólidas e com isso, atividade constante. Kc = [10 mol/4l] Kc = 2,5 mol/l Kp = 2,5. (0, ) 1 Kp = 123 atm

18 Exercício de Equilíbrio 2) Sabendo que K é igual a 69 para a reação: N 2(g) + 3 H 2(g) 2 NH 3(g) a 500 ºC e que a análise de um recipiente de 7L mostrou que a 500 ºC se encontravam presentes, no estado líquido, 3,71 mols de hidrogênio e 4,55 mols de amoníaco, então o número de mols de nitrogênio presente no recipiente é: a) 0,144 b) 0,288 c) 0,414 d) 0,510 e) 0,653

19 Exercício de Equilíbrio Resolução Kc = [NH 3 ] 2 69 = [4,55/7] 2 [N 2 ]. [H 2 ] 3 [N 2 ]. [3,71/7] 3 [N 2 ] = [4,55/7] 2 [N 2 ] = 0, [3,71/7] 3 10,273 [N 2 ] = 0,0411 mol/l [N 2 ] = n n = [N 2 ]. V(l) n = [0,0411]. 7 V(L) n = 0,288 mol N 2

20 Referência Bibliográfica Atkins, Peter; Jones, Loretta. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente; trad. Ignez Caracelli...[et. al.]. Porto Alegre: Brookman, Fonseca, Martha Reis Marques da. Química: físicoquímica. São Paulo: FTD, Salvador, Edgard; Usberco, João. Conecte química, 2. São Paulo: Saraiva, Russel, John Blair. Química Geral; tradução e revisão técnica Márcia Guekezian... [et. al.] 2ª ed. São Paulo: Pearson Makron Books, Volume II.

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