Equilíbrio Profº Jaison

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2 Equilíbrio Profº Jaison

3 Equilíbrio Químico Todas as reacções tendem alcançar o equilíbrio químico Quando as velocidades das reacções directa e inversa forem iguais e as concentrações dos reagentes e dos produtos não variarem com o tempo, atinge-se o equilíbrio químico. O equilíbrio químico não é alcançado instantaneamente. Segundo o Princípio de Le Châtelier, o equilíbrio químico pode ser perturbado (deslocado).

4 O equilíbrio de uma reação hipotética Reação lenta, hipotética: A+B C+D reagentes produtos

5 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 estabelecido, formação de C+D é compensada pela formação de A+B A+B C+D

6 Equilíbrio e tempo t 0 : A+B t 1 : A+B C+D t 2 : A+B C+D A B C ou D t 0 t 1 t 2 t

7 A estequiometria e o equilíbrio Consideremos a seguinte reacção reversível: aa + bb cc + dd Onde a, b, c e d são os coeficientes estequiométricos das espécies A, B, C e D. A constante de equilíbrio da reacção a uma determinada temperatura é: K [ C] c [ A] [ D] a d [ B] b

8 Kc : constante de equilíbrio Consideremos o seguinte sistema em equilíbrio. N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) A constante de equilíbrio é dada por: K c 2 [NO2] [N O ] 2 4 K c constante de equilíbrio Concentrações das espécies reagentes são expressas em mol/l.

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

10 Relação entre K C e K P K P K ( RT ) c n Em que : R = 0,0821 L.atm/K. mol n = moles de produtos no estado gasoso moles de reagentes no estado gasoso

11 Princípio Le Châtelier Perturbação do equilíbrio Quando o equilíbrio é perturbado, 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

12 Fatores que afetam o equilíbrio químico 1. Concentração 2. Pressão e Volume 3. Calor e Temperatura

13 Perturbação do equilíbrio A + B adição C+D A + B A + B A + B remoção C+D remoção C+D adição C+D

14 Pressão e equilíbrio O aumento ou diminuição de pressão também desloca equilíbrios (especialmente quando reagente(s) ou produto(s) são gasosos).

15 Variações no volume e na pressão N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) Em geral, um aumento de pressão (diminuição no volume) favorece a reação em que há uma diminuição do número total de moles de gases (reação inversa, neste caso) Uma diminuição da pressão (aumento no volume) favorece a reação em que há uma aumento do número total de moles de gases (neste caso, a reação direta).

16 Variações na temperatura Consideremos 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 reacção inversa é um processo exotérmico 2 NO 2 (g) N 2 O 4 (g) ΔH 0 = - 58,0 kj Um aumento de temperatura favorece reacções endotérmicas, e uma diminuição de temperatura favorece reacções exotérmicas.

17 ph e poh Profº Jaison

18 Conceitos de ácidos e bases Arrhenius: ácidos: liberam apenas H + (H 3 O + ) como cátion; bases (ÁLCALIS): liberam apenas OH - como ânion; ácido + base sal + água problema: definição limitada exclusivamente às soluções aquosas.

19 Equilíbrio iônico da água um caso muito particular de equilíbrio químico é o equilíbrio iônico da água; a água sofre auto ionização, mas, como é um eletrólito muito fraco, estabelece o equilíbrio abaixo: 2 H 2 O (l) H 3 O + (aq) + OH - (aq) ou simplesmente: H 2 O (l) H + (aq) + OH - (aq) H20 (l) H+ (aq) OH- (aq)

20 Equilíbrio iônico da água: A constante de equilíbrio é expressa da seguinte forma: K w = [H + ].[OH - ] Em que: K w : produto iônico da água (a letra w vem de water, água em inglês); [H + ], [OH - ]: concentrações molares dos íons envolvidos. Como qualquer constante de equilíbrio, seu valor varia apenas com a temperatura. [H3O ][OH ] K eq 2 [H O] K K eq w [H 2 O] [H O [H O ][OH 3 ][OH ] ] 1, (a 25ºC)

21 Produto iônico da água H O H O 2 ( l) 2 ( l) 3 ( aq) OH ( aq) H O A 25 C, em água pura, temos: Assim sendo: [H + ] = [OH - ] = 10-7 mol/l K w = [H + ].[OH - ] = 10-14

22 Produto iônico da água Tipos de soluções (a 25 C) a) Água pura (solução neutra): [H + ] = [OH - ] = 10-7 mol/l b) Solução ácida: [H + ] > 10-7 mol/l [OH - ] < 10-7 mol/l c) Solução básica (alcalina): [H + ] < 10-7 mol/l [OH - ] > 10-7 mol/l

23 Como medir o ph de soluções aquosas? O método mais preciso (exato) é usar um medidor de ph (potenciômetro ou phmetro); Entretanto, para processos em que não seja adequado usar o medidor de ph (uma reação com reagentes tóxicos, por exemplo) ou por simplicidade, são usados frequentemente alguns corantes que mudam de cor em diferentes faixas de ph (indicadores), que são menos precisos (menos exatos) que os medidores de ph.

24 Faixa de mudança de coloração

25 Escala de ph Alguns valores comuns de ph Substância ph Sabemos que, em água pura, estabelece-se o equilíbrio abaixo: H 2 O (l) + H 2 O (l) H 3 O + (aq) + OH - (aq) A escala de ph foi definida de modo a expressar essas concentrações: ph = -log[h 3 O + ]= -log[h + ] poh = -log[oh - ] Água neutra (25 C) ph = poh = 7,0 Sol. ácidas, [H + ] > 1,0 x 10-7 ph < 7,0 Sol. básicas, [H + ] < 1,0 x 10-7 ph > 7,0 Ácido de bateria <1.0 Suco gástrico 2.0 Suco de limão 2.4 Cola (refrigerante) 2.5 Vinagre 2.9 Suco de laranja ou maçã 3.5 Cerveja 4.5 Café 5.0 Chá 5.5 Chuva ácida <5.6 Saliva de pacientes com cancro Leite 6.5 Água pura 7.0 Saliva humana Sangue Água do mar 8.0 Em água (a 25 C), temos: ph + poh = 14 Sabonete de mão Amônia caseira 11.5 Cloro 12.5 Hidróxido de Sódio caseiro 13.5

26 Exercícios de fixação O estômago produz suco gástrico constituído de ácido clorídrico, muco, enzimas e sais. O valor de ph no interior do estômago deriva, principalmente, do ácido clorídrico presente. Sendo o ácido clorídrico um ácido forte, a sua ionização é total em meio aquoso, e a concentração de H + em quantidade de matéria nesse meio será a mesma do ácido de origem. Assim, uma solução aquosa de ácido clorídrico em concentração 0,01 mol L -1 terá ph igual a: a)2 b)4 c) 5 d)7 e)9 [H + ] = 1,0 x 10-2 mol/l ph = -log(1,0 x 10-2 ) ph = 2,0

27 Considere certa quantidade de água e suco de limão, misturados, contida em um copo. Analise estas três afirmativas concernentes a esse sistema: I. O sistema é ácido. II. O ph do sistema é maior que 7. III. No sistema, a concentração dos íons H+ é maior que a dos OH. A partir dessa análise, é CORRETO afirmar que a) apenas as afirmativas I e II estão certas. b) apenas as afirmativas I e III estão certas. c) apenas as afirmativas II e III estão certas. d) as três afirmativas estão certas. e) nenhuma afirmativa está certa.

28 Uma área agrícola foi adubada com amônia, nitrato e fosfato de amônio. Na amostra das águas residuais da irrigação dessa área, verifica-se que a concentração de íons OH- é igual a mol/l. Qual o ph da amostra? (dados: log 8 = 0,9) [OH - ] = mol/l poh = -log ( ) = 5 0,9 = 4,1 ph + poh = 14 ph = 14 4,1 ph = 9,9