Aula: Equilíbrio Químico

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Thais Lívia Meneses de Almada
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1 ACH4064 LQRQ 2 Aula: Equilíbrio Químico (Cap. 9, 10 e 11 - Atkins Cap. 16, 17 e 18 vol.2 - Kotz) Káthia M. Honório 2 º semestre/2017

5 Reações e Equilíbrio Químico SOLUÇÃO: pasta de dente!!!

6 Reações e Equilíbrio Químico Algumas reações parecem gastar todos os reagentes: Na realidade, permanecem pequenas quantidades de reagentes, sendo mais correto escrever:

7 Equilíbrio de uma reação hipotética Reação lenta, hipotética: A + B C + D reagentes produtos

8 Evolução da reação A + B C + D t 0 : reagentes A + B A+B t 1 : reagentes A+B diminuiram, foram gastos parcialmente e houve formação de alguns produtos C+D A+B C+D t 2 : o equilíbrio é estabelecido, formação de C+D é compensada pela formação de A+B A+B C+D

9 t0 t1 t2 t Equilíbrio e Tempo t 0 : A + B t 1 : A + B C + D t 2 : A + B C + D A B C ou D

11 Conceito de Equilíbrio Químico Considere o N 2 O 4 congelado e incolor. À temperatura ambiente, ele se decompõe em NO 2 (marrom): N 2 O 4 (g) 2NO 2 (g) incolor Castanho Em um determinado momento, a cor pára de alterar e tem-se a mistura de N 2 O 4 e NO 2. Equilíbrio químico: ponto em que as concentrações de todas as espécies são constantes.

12 Conceito de Equilíbrio Químico Utilizando o modelo de colisão para N 2 O 4 (g) 2NO 2 (g): À medida que a quantidade de NO 2 aumenta, há uma chance de duas moléculas de NO 2 colidirem para formar N 2 O 4. No início da reação, não existe nenhum NO 2, não ocorre a reação inversa (2NO 2 (g) N 2 O 4 (g)).

13 Conceito de Equilíbrio Químico Ponto no qual a velocidade de decomposição: N 2 O 4 (g) 2NO 2 (g) se iguala à velocidade de dimerização: 2NO 2 (g) N 2 O 4 (g). Equilíbrio dinâmico Equilíbrio dinâmico: a reação não parou, as velocidades opostas são iguais.

14 Conceito de Equilíbrio Químico

15 Conceito de Equilíbrio Químico À medida que a substância esquenta, ela começa a se decompor: N 2 O 4 (g) 2NO 2 (g) Mistura de N 2 O 4 (inicialmente presente) e NO 2 (inicialmente formado): marrom claro. Quando NO 2 suficiente é formado, ele pode reagir para formar N 2 O 4 : 2NO 2 (g) N 2 O 4 (g).

16 Conceito de Equilíbrio Químico Equilíbrio: tanto N 2 O 4 reage para formar NO 2, quanto NO 2 reage para formar outra vez N 2 O 4 : A seta dupla significa que o processo é dinâmico. Considere Reação direta: A B Velocidade = k f [A] Reação inversa: B A Velocidade = k r [B] No equilíbrio: k f [A] = k r [B].

17 Conceito de Equilíbrio Químico Equilíbrio: A À medida que a reação ocorre: [A] diminui para uma constante, [B] aumenta de zero para uma constante. Quando [A] e [B] são constantes, o equilíbrio é alcançado. Alternativamente: B k f [A] diminui para uma constante, k r [B] aumenta de zero para uma constante. Quando k f [A] = k r [B], o equilíbrio é alcançado.

19 Conceito de Equilíbrio Químico Considere o processo de obtenção da amônia: N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) Inicialmente: uma mistura de nitrogênio e hidrogênio (em quaisquer proporções) reação alcançará o equilíbrio com uma concentração constante de N 2, H 2 e NH 3. Alternativamente: se houver apenas amônia (nenhum nitrogênio ou hidrogênio) reação prosseguirá e N 2 e H 2 serão produzidos até que o equilíbrio seja alcançado.

20 Constante de Equilíbrio N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) Não importa a composição inicial de reagentes e produtos: a mesma proporção de concentrações é alcançada no equilíbrio.

21 Constante de Equilíbrio Reação geral na fase gasosa (pressões parciais): Constante de equilíbrio: onde K eq é constante de equilíbrio.

22 Constante de Equilíbrio Reação geral (todas espécies em solução): Constante de equilíbrio (em termos de concentração): onde K eq é A constante de equilíbrio.

23 Constante de Equilíbrio K eq : baseado nas concentrações em quantidade de matéria de reagentes e produtos no equilíbrio. K eq : não há unidade. Expressão da constante de equilíbrio: razão produtos/reagentes. O mesmo equilíbrio é estabelecido não importando como a reação começou.

24 Constante de Equilíbrio Ordem de grandeza das constantes de equilíbrio Constante de equilíbrio, K: razão entre produtos e reagentes. Quanto maior for K: mais produtos estarão presentes no equilíbrio. Quanto menor for K: mais reagentes estarão presentes no equilíbrio. Se K >> 1: produtos predominam no equilíbrio.

25 Constante de Equilíbrio Ordem de grandeza das constantes de equilíbrio Se K << 1: reagentes predominam no equilíbrio.

26 Constante de Equilíbrio O sentido da equação química e K eq Equilíbrio: abordado a partir de qualquer sentido. Exemplo:

27 Constante de Equilíbrio O sentido da equação química e K eq Sentido inverso:

28 Constante de Equilíbrio Outras maneiras de manipular as equações químicas e os valores de K eq Reação: é o quadrado da constante de equilíbrio para

29 Constante de Equilíbrio Outras maneiras de se trabalhar as equações químicas e os valores de K eq Constante de equilíbrio para o sentido inverso: é o inverso daquela para o sentido direto. Quando uma reação é multiplicada por um número: constante de equilíbrio é elevada àquela potência

30 Equilíbrios Heterogêneos Todos os reagentes e produtos estão em uma fase: Equilíbrio Homogêneo. Se um ou mais reagentes ou produtos estão em uma fase diferente: Equilíbrio Heterogêneo. Por exemplo, experimentalmente, a quantidade de CO 2 não parece depender das quantidades de CaO e CaCO 3. Por quê?

31 Equilíbrios Heterogêneos A concentração de um sólido ou um líquido puro é sua densidade dividida pela massa molar. Nem a densidade nem a massa molar é uma variável, as concentrações de sólidos e líquidos puros são constantes.

32 Equilíbrios Heterogêneos Pode-se ignorar as concentrações de líquidos puros e sólidos puros nas expressões das constantes de equilíbrio. Quantidade de CO 2 formada não dependerá das quantidades de CaO e CaCO 3 presentes. CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) K c = [CO 2 ]

33 Equilíbrios Múltiplos

34 Equilíbrios Múltiplos - Exemplo

35 Cálculo - Constante de Equilíbrio Etapas: Colocar em uma tabela as concentrações iniciais e no equilíbrio (ou pressões parciais) fornecidas. Se a concentração inicial e no equilíbrio é fornecida para uma espécie, calcular a variação na concentração. Usar a estequiometria na linha de variação da concentração apenas para calcular as variações nas concentrações de todas as espécies. Deduzir as concentrações no equilíbrio de todas as espécies. Normalmente, a concentração inicial de produtos é zero. (Este não é sempre o caso.)

41 Próxima Aula 1. Princípio de Le Châtelier 2. Equilíbrio Ácido-Base 3. Equilíbrio de solubilização/ precipitação

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