Equilíbrio Químico. É uma reação reversível na qual a velocidade da reação direta é igual à velocidade da reação inversa.

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Vergílio Barros Carvalho
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1 Equilíbrio Químico É uma reação reversível na qual a velocidade da reação direta é igual à velocidade da reação inversa.

2 CLASSIFICAÇÃO DAS REAÇÕES Uma reação química diz-se completa quando leva ao esgotamento de pelo menos um dos reagentes. Uma reação química diz-se incompleta quando no final existe uma mistura de todos os reagentes e de todos os produtos da reação.

3 CLASSIFICAÇÃO DAS REAÇÕES Reações irreversíveis são reações em que, mesmo em sistema fechado, os produtos da reação não reagem entre si para regenerar os reagentes. Reações reversíveis são reações em que, em sistema fechado, os produtos da reação reagem entre si regenerando os reagentes.

4 Reação direta e reação inversa Nas reações reversíveis coexistem as reações direta em que os reagentes originam os produtos de reação e inversa em que os produtos de reação regeneram os reagentes. Reação direta Reação inversa A e B - são os reagentes; C e D - são os produtos da reação; a, b, c, d - são os coeficientes estequiométricos; V d - é a velocidade da reação direta; V i - é a velocidade da reação inversa.;

5 Convenções usadas na representação das reações direta e inversa. Reação direta ou Sentido direto da reação Transformação representada na equação química com a seta a apontar para a direita: Reação inversa ou Sentido inverso da reação Transformação representada na equação química com a seta a apontar para a esquerda: Reagentes do lado esquerdo e produtos da reação do lado direito. Produtos da reação do lado esquerdo e reagentes do lado direito.

6 Velocidade das reações no equilíbrio V 1 velocidade da reação direta. V 2 velocidade da reação inversa. No equilíbrio químico não há alteração das propriedades macroscópicas (pressão, volume, temperatura, cor ) do sistema reacional. No equilíbrio a velocidade da reação direta é igual à velocidade da reação inversa.

7 Velocidade das reações no equilíbrio De acordo com a teoria das colisões: No início existe um maior número de choques entre as moléculas dos reagentes (estão em maior quantidade) por isso a velocidade da reação direta é máxima e a velocidade da reação inversa é nula. À medida que a reação prossegue, diminui o número das moléculas dos reagentes e aumenta o número de moléculas dos produtos da reação, logo a velocidade da reação direta diminui e a velocidade da reação inversa vai

8 Velocidade das reações no equilíbrio Há situações em que a concentração dos reagentes e dos produtos da reação se mantém constante mesmo em sistema aberto o sistema está num estado estacionário Formação e decomposição do ozono

9 Concentração das espécies reacionais Reação direta: Começa a desenrolar-se logo no início; A rapidez vai diminuindo à medida que diminui a quantidade de reagentes. Reação inversa: Ocorre logo que se começam a formar os produtos; A sua rapidez aumenta progressivamente. Em determinado instante a rapidez da reação direta e inversa igualam-se tornando-se constantes as concentrações de cada espécie química.

10 Concentração das espécies reacionais As variações de concentração tornam-se cada vez menos acentuadas; Por fim, a concentração de todas as espécies químicas fica constante o que significa que se atingiu o equilíbrio químico.

11 A reação direta e a reação inversa continuam a ocorrer com igual velocidade. EQUILÍBRIO A concentração das substâncias presentes mantém-se constante. QUÍMICO Não há mudanças observáveis nas propriedades macroscópicas do sistema (cor, pressão, temperatura

12 EQUILÍBRIO QUÍMICO

13 Evolução do sistema para o estado de equilíbrio

14 Características do equilíbrio químico N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) A reação de síntese do amoníaco também atinge o equilíbrio químico em sistema fechado. Quando todos os reagentes e produtos estão na mesma fase temos um equilíbrio químico homogéneo.

15 Curvas de variação das concentrações dos reagentes e dos produtos de reação em função do tempo Evolução temporal das concentrações de H 2, N 2 e NH 3, partindo de uma situações em que existe apenas NH 3 no vaso reacional. Evolução temporal das concentrações de H 2, N 2 e NH 3, partindo de uma situações em que N 2 e H 2 têm o dobro da concentração de NH 3. Há uma infinidade de estados de equilíbrio que se podem obter a partir de diferentes concentrações iniciais.

16 EQUILIBRIO QUÍMICO Uma das reações associadas ao processo Haber-Bosch envolve a conversão de monóxido de carbono em dióxido de carbono e hidrogénio. CO (g) + H 2 O (g) CO 2 (g) + H 2 (g) Era ótimo que esta reação fosse completa mas à medida que se forma CO 2 e H 2 estes reagem entre si formando CO e H 2 O.

17 Aspetos quantitativos do equilíbrio químico Este quociente é constante e é designado constante de equilíbrio.

18 Constante de Equilíbrio Da análise da tabela conclui-se que para uma dada reação pode haver uma infinidade de estados de equilíbrio; As quantidades das substâncias presentes no equilíbrio dependem das quantidades iniciais de reagentes; À mesma temperatura e para uma mesma reação há uma relação que se mantém constante a constante de equilíbrio, K e.

19 Constante de equilíbrio aa + bb cc + dd c a d b A e valores de concentração da espécie química A, no equilíbrio, em mol/dm 3. K c constante de equilíbrio em concentração (adimensional) a, b, c, d são os coeficientes estequiométricos

20 Constante de Equilíbrio Lei de Guldberg e Waage Num sistema em equilíbrio químico é constante a razão entre o produto das concentrações dos produtos da reação e o produto da concentração dos reagentes, elevados aos respetivos coeficientes estequiométricos

21 Características da Constante de Equilíbrio I. Para uma dada reação, mantendo constante a temperatura, K e, é sempre a mesma e não depende da concentração inicial dos reagentes; II. O valor da constante de equilíbrio depende da natureza da reação e da temperatura; III.Para uma mesma temperatura, a constante de equilíbrio de uma dada reação é sempre a mesma; IV. Ainda que à mesma temperatura K e varia muito de reação para reação.

22 Exemplo de um equilíbrio químico

23 Relação entre a extensão da reação e o K C A reação é pouco extensa A extensão da reação inversa é muito superior à extensão da reação direta. A reação é muito extensa A extensão da reação direta é muito superior à extensão da reação inversa.

24 Relação entre a extensão da reação e K C Reação Muito extensa Pouco extensa Concentração de reagentes e produtos No equilíbrio a concentração de produtos é muito maior que a concentração de reagentes. No equilíbrio a concentração de produtos é muito menor que a concentração de reagentes. Valor de K c Elevado. Reduzido.

25 Características do equilíbrio químico Reação incompleta Reação completa K c não é elevado K c é muito elevado Nesta situação os coeficientes estequiométricos são iguais a 1. A constante de equilíbrio da reação inversa é o inverso da constante de equilíbrio da reação direta.

26 Neste sistema reacional o reagente consome-se totalmente. Trata-se de uma reação irreversível. Neste sistema reacional atinge-se o estado de equilíbrio ao fim de aproximadamente 80 s. A partir desse instante, as concentrações de A e de B não variam.

28 Exercício 1 O monóxido de carbono e o hidrogénio reagem de acordo com a seguinte equação: CO (g) + 3 H 2 (g) CH 4 (g) + H 2 O (g) Quando 1,000 mol de CO e 3,000 mol de H 2 reagem num balão de 10,0 dm 3 a uma temperatura de 927 ºC e atingem o equilíbrio, a mistura em equilíbrio contém 0,387 mol de H 2 O. Qual a composição molar da mistura em equilíbrio, ou seja, que quantidade de cada substância está presente na mistura em equilíbrio?

29 Exercício 2 Num recipiente fechado introduziram-se 1,00 mol de H 2 (g) e 1,00 mol de I 2 (g). H 2 (g) + I 2 (g) 2 HI (g) Aqueceu-se a mistura e verificou-se que, quando se atingiu o equilíbrio, 80% do iodo tinha sido consumido. Qual a composição da mistura no equilíbrio?

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