Aula: Equilíbrio Químico 2

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Aníbal Gil Aragão
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1 ACH4064 LQRQ 2 Aula: Equilíbrio Químico 2 (Cap. 9, 10 e 11 - Atkins Cap. 16, 17 e 18 vol.2 - Kotz) Káthia M. Honório 2 º semestre/2017

2 Equílibrio Químico Parte 2 1. Princípio de Le Châtelier 2. Equilíbrio Ácido-Base 3. Equilíbrio de Solubilização/ Precipitação

3 Princípio de Le Châtelier Considere a produção de amônia: À medida que a pressão aumenta, a quantidade de amônia presente no equilíbrio aumenta. À medida que a temperatura diminui, a quantidade de amônia no equilíbrio aumenta. Isso pode ser previsto?

4 Princípio de Le Châtelier Princípio de Le Châtelier: se um sistema em equilíbrio for perturbado externamente, o sistema ajusta-se de forma a minimizar a ação dessa pertubação.

5 Fatores que afetam o equilíbrio químico Concentração Pressão e Volume Temperatura

6 Princípio de Le Châtelier Variação nas concentrações de reagentes ou produtos Reação de obtenção da amônia: Se H 2 é adicionado enquanto o sistema está em equilíbio, o sistema deve responder para neutralizar o H 2 adicionado. O sistema deve consumir o H 2 e levar aos produtos até que um novo equilíbrio seja estabelecido. Portanto, a [H 2 ] e a [N 2 ] diminuirão e a [NH 3 ] aumentará.

7 Perturbando o Equilíbrio A + B C+D adição A + B C+D remoção A + B C+D adição A + B C+D remoção

8 Princípio de Le Châtelier Quando o equilíbrio é perturbado, o mesmo desloca-se para compensar: adição de reagentes: resulta na formação de produtos remoção de produtos: resulta no consumo de reagentes adição de produtos: resulta na formação de reagentes remoção de reagentes: resulta no consumo de produtos

9 Princípio de Le Châtelier Variações de volume e pressão À medida que diminui-se o volume, a pressão aumenta.

moles de gases (reação inversa, neste caso).

10 Variações no Volume e na Pressão N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) Aumento de pressão (diminuição no volume): favorece a reação em que há diminuição do número total de moles de gases (reação inversa, neste caso). Diminuição da pressão (aumento no volume): favorece a reação em que há aumento do número total de moles de gases (neste caso, reação direta).

11 Princípio de Le Châtelier Variações no volume e pressão Princípio de Le Châtelier: se aumentar a pressão, o sistema deslocará no sentido de neutralizar o aumento. o sistema deslocará no sentido de remover os gases e diminuir a pressão. aumento na pressão favorece o sentido que tenha menor quantidade de matéria de gás.

12 Princípio de Le Châtelier Variações de temperatura Constante de equilíbrio depende da temperatura. Reação endotérmica: H > 0 (calor pode ser considerado um reagente). Reação exotérmica: H < 0 (calor pode ser considerado um produto).

13 Princípio de Le Châtelier Variações de temperatura Considere a seguinte reação: para a qual o H > 0 (reação endotérmica). Co(H 2 O) 6 2+ é rosa claro e o CoCl 4 2- é azul. Mistura púrpura clara, em equilíbrio e à temperatura ambiente é colocada em um béquer de água quente: mistura ficará azul escura. Uma vez que o H > 0 (endotérmico), a adição de calor favorece a reação direta, neste caso, a formação de CoCl 4 2- azul.

14 Princípio de Le Châtelier Variações de temperatura Considere: Mistura em equilíbrio, à temperatura ambiente é colocada em um béquer de água gelada: a mistura fica rosa clara. Uma vez que o H > 0, a remoção de calor favorece a reação inversa, que é a formação de Co(H 2 O) 2+ 6 rosa.

15 Princípio de Le Châtelier

17 Variações de Temperatura Considere o sistema: N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) A formação de NO 2 a partir de N 2 O 4 é um processo endotérmico: N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) ΔH 0 = 58,0 kj E a reação inversa é um processo exotérmico 2 NO 2 (g) N 2 O 4 (g) ΔH 0 = -58,0 kj Um aumento de temperatura favorece reações endotérmicas, e uma diminuição de temperatura favorece reações exotérmicas.

se ambientarem antes de escalarem montanhas de elevada

18 Vida em altitudes elevadas e a produção de hemoglobina Os alpinistas precisam de semanas ou mesmo meses para se ambientarem antes de escalarem montanhas de elevada altitude como o Monte Everest. Como explicar este fato?

19 Vida em altitudes elevadas e a produção de hemoglobina Escalar uma montanha de elevada altitude pode causar: dores de cabeça, náuseas, fadiga não usual e outros incômodos. Sintomas de hipoxia: uma deficiência na quantidade de O 2 que chega aos tecidos do corpo. No entanto, uma pessoa que vive em altitude elevada durante semanas ou meses se recupera gradualmente e habitua-se ao teor de O 2 na atmosfera, sendo capaz de funcionar normalmente.

20 Vida em altitudes elevadas e a produção de hemoglobina Considere o seguinte sistema em equilíbrio, que representa a combinação do O 2 com a molécula de hemoglobina: Hb (aq) + O 2 (aq) HbO 2 (aq) HbO 2 (oxi-hemoglobina, composto que transporta o O 2 para os tecidos). A constante de equilíbrio é: De acordo com o Princípio de Le Châtelier, como evoluirá o sistema se ocorrer uma diminuição da concentração de O 2?

21 Vida em altitudes elevadas e a produção de hemoglobina Hb (aq) + O 2 (aq)? HbO 2 (aq) Princípio de Le Châtelier: uma diminuição da concentração de O 2 deslocará o sistema da direita para a esquerda. Hb (aq) + O 2 (aq) HbO 2 (aq) Esta variação elimina a oxi-hemoglobina, causando hipoxia. Desde que se dê tempo suficiente, o corpo é capaz de se defender desta adversidade produzindo mais moléculas de hemoglobina. O equilíbrio desloca-se então, gradualmente, da esquerda para a direita novamente, favorecendo a produção de oxihemoglobina.

22 Vida em altitudes elevadas e a produção de hemoglobina

23 Princípio de Le Châtelier Efeito do catalisador Catalisador: reduz a barreira de energia de ativação para a reação. Consequentemente, um catalisador diminuirá o tempo gasto para alcançar o equilíbrio. Catalisador não afeta a composição da mistura em equilíbrio.

24 Equilíbrio: Auto-ionização H 2 O O produto iônico da água Em água pura, estabelece-se o seguinte equilíbrio (a 25 C): Reação acima: auto-ionização da água.

25 Escala de ph Definição de ph e poh: Em água neutra a 25 C: ph = poh = 7. Em soluções ácidas: [H + ] > 1,0 10-7, então o ph < 7. Em soluções básicas: [H + ] < 1,0 10-7, então o ph > 7. Quanto mais alto o ph, mais baixo é o poh e mais básica a solução.

26 Escala de ph

28 Ácidos e Bases Fortes Ácidos fortes Ácidos comuns mais fortes: HCl, HBr, HI, HNO 3 e H 2 SO 4. Ácidos fortes são eletrólitos fortes. Todos os ácidos fortes ionizam completamente em solução: HNO 3 (aq) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + NO 3- (aq) Uma vez que H + e H 3 O + são usados de maneira intercambiável, pode-se escrever: HNO 3 (aq) H + (aq) + NO 3- (aq)

29 Ácidos Fracos Ácidos fracos: apenas parcialmente ionizados em solução. Existe uma mistura de íons e ácido não-ionizado em solução. Consequentemente, os ácidos fracos estão em equilíbrio:

30 Ácidos Fracos K a : constante de dissociação do ácido. Quanto maior o K a, mais forte é o ácido (neste caso, mais íons estão presentes no equilíbrio em relação às moléculas não-ionizadas). Se K a >> 1, o ácido está completamente ionizado e o ácido é um ácido forte.

31 Ácidos Fracos Ácidos polipróticos Ácidos polipróticos: mais de um próton ionizável. Prótons são removidos em etapas, não todos de uma só vez : É sempre mais fácil remover o primeiro próton em um ácido poliprótico do que o segundo. Conseqüentemente, K a1 > K a2 > K a3 etc.

32 Efeito do Íon Comum

33 Ácidos Fracos ou ou

$Bases Fracas Bases fracas removem$ Existe um equilíbrio entre a base e os

34 Bases Fracas Bases fracas removem prótons das substâncias. Existe um equilíbrio entre a base e os íons resultantes: Exemplo: Constante de dissociação da base, K b :

35 Bases Fracas

36 Equilíbrio de solubilização/ Precipitação Ca(HCO 3 ) 2 (aq) CaCO 3 (s) + CO 2 (g) + H 2 O(l)

37 Equilíbrio de solubilização/precipitação

38 Equilíbrio de solubilização/precipitação AgCl (s) sal insolúvel Ag + (aq) + Cl - (aq) K = [Ag + ] [Cl - ] [AgCl] é constante frente a fração que se solubiliza Kps = [Ag + ] [Cl - ]

39 Equilíbrio de Solubilidade Constante do produto de solubilidade, K ps Considere: para o qual K ps : produto de solubilidade. (O BaSO 4 é ignorado, uma vez que é um sólido puro, logo, sua concentração é constante.)

40 Produto de solubilidade

41 Quociente de Reação - Produto Iônico AgCl (s) sal insolúvel Ag + (aq) + Cl - (aq) Kps = [Ag + ] [Cl - ]

42 Exemplo

44 Outro exemplo

47 Exemplo

48 Próxima aula Laboratório Cinética e Equilíbrio Químico

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