Equilíbrio Químico. Processos Reversíveis e Irreversíveis

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1 Equilíbrio Químico rocessos Reversíveis e Irreversíveis rocessos Reversíveis e I Algumas reações são irreversíveis, ou seja, uma vez obtios os proutos não há previsão espontânea e regeneração os reagentes. H 4(g) + O (g) O (g) + H O (l) queima o metano Outras reações são reversíveis, ou seja, os proutos poem regenerar os reagentes espontaneamente. NO (g) N O 4(g) reação ireta NO (g) N O 4(g) castanho incolor reação inversa imerização o ióxio e nitrogênio 1

2 1/10/009 onceito e Equilíbrio Químico O equilíbrio químico é atingio quano as velociaes as reações ireta e inversa tornam-se iguais. Nessa situação, as concentrações e toas as espécies permanecem constantes, mas não necessariamente iguais. N O (g ) N O 4(g ) onceito e Equilíbrio Químico As concentrações e toas as espécies mantêm-se constantes, mas não necessariamente iguais. As proprieaes físicas e organolépticas, como temperatura, pressão, oor e cor também permanecem constantes. O equilíbrio químico tem natureza inâmica, ou seja, uma vez atingio as reações ireta e inversa continuam a ocorrer porem na mesma taxa. Em nível molecular, as espécies continuam interagino.

3 1/10/009 onstante e Equilíbrio onsiere o equilíbrio genérico: a A + b B c + D v k A a B b v k c D Lei e Velociae para a reação ireta Lei e Velociae para a reação inversa i i No equilíbrio: v v i k a b A B k c D i Define-se a constante e equilíbrio ( c ) como: k k i c D a A B b c D A a B b onstante e Equilíbrio No caso e reações em fase gasosa, poe-se efinir a constante e equilíbrio p, em termo as pressões parciais os gases em equilíbrio: p p c a A p p D b B A relação entre c e p poe ser facilmente euzia: RT n n: (coeficientes os proutos) (oeficientes os reagentes) or razões práticas, em geral omitem-se as uniaes a constantee equilíbrio. A constante e equilíbrio é escrita e acoro com a representação a reação. A pressão ou a concentração referem-se à situação e equilíbrio e não à inicial. referencialmente, escreve-se a expressão a constante e equilíbrio com os menores coeficientes inteiros que balanceiam a equação. 3

4 1/10/009 onstante e Equilíbrio O equilíbrio é atingio não importano as concentrações ou pressões iniciais as espécies. Apenas a temperatura altera o valor a constante e equilíbrio onstante e Equilíbrio Orem e graneza as constantes e equilíbrio A constante e equilíbrio envolve a razão entre proutos e reagentes. onseqüentemente, quanto maior for, mais proutos estarão presentes no equilíbrio. De moo inverso, quanto menor for, mais reagentes estarão presentes no equilíbrio. Se >> 1, então os proutos preominam no equilíbrio. Se << 1, então os reagentes preominam no equilíbrio. 4

5 1/10/009 Equilíbrios em Sistemas Heterogêneos Quano toos os reagentes e proutos estão em uma fase, o equilíbrio é homogêneo. Se um ou mais reagentes ou proutos estão em uma fase iferente, o equilíbrio é heterogêneo. onsiere: ao 3(s) ao (s) + O (g) experimentalmente, a quantiae e O não epene as quantiaes e ao e ao 3. or quê? A concentração e um sólio ou um líquio puro é sua ensiae iviia pela massa molar. omo ensiae e massa molar não variam, as concentrações e sólios e líquios puros são constantespara uma aa temperatura. Na verae, para sólios e líquios o importante é a superfície e contato. Dessa forma, para escrever a expressão a constante e equilíbrio ignoramos os sólios e líquios puros. onsieram-se apenas os gases e as substâncias issolvias em um meio. ao 3(s) ao (s) + O (g) O ou p O 5

6 1/10/009 Determinano o Sentio a Reação Define-se Q, o quociente a reação, para uma reação geral: Q c D A a B b aa + bb c + D em que as concentrações não necessariamente estão no equilíbrio No equilíbrio: Q = Se Q >, então a reação inversa eve ocorrer para atingir o equilíbrio (ex., proutos são consumios, reagentes são formaos, o numeraor na expressão a constante e equilíbrio iminui e Q iminui até se igualar a ). Se Q <, então a reação ireta eve ocorrer para atingir o equilíbrio. Determinano o Sentio a Reação 6

7 1/10/009 álculo a onstante e Equilíbrio Suponha o exemplo: Quano 1 mol e amônia é aquecio a 500 num sistema fechao e 1 L e capaciae, 50% o composto se issocia, estabeleceno-se o equilíbrio. alcule e. Dao: R = 0,08 atm L / mol. NH 3(g) N (g) + 3 H (g) Início Reagiu/Formou Equilíbrio - 1 mol/l zero zero 0,5 mol/l + 0,5 mol/l + 0,75 mol/l 0,5 mol/l 0,5 mol/l 0,75 mol/l N H NH 0,5mol / L 0,75mol / L 0,5mol / L 3 3 0,4 / 3 atml mol mol L n RT 0,1 0, atm mol L álculo a onstante e Equilíbrio Suponha o exemplo: Em um experimento, a 300, introuziu-se 1,5 mol e N O 4 em um reator e,0 litros. Estabelecio o equilíbrio, a concentração e NO foi e 0,060 mol/l. alcule e. Dao: R = 0,08 atm L / mol. Início Reagiu/formou Equilíbrio N O 4(g) NO (g) 0,75 mol/l zero _ 0,03 mol/l + 0,06 mol/l 0,7 mol/l 0,06 mol/l NO 0,06mol / L mol / L N O 0,7mol / L 4 mol atml 13 L mol n 3 RT 510 0, , atm 7

8 1/10/009 rincípio e Le hatelier rincípio e Le hatelier: se um sistema em equilíbrio é perturbao, o sistema se eslocará e tal forma que a perturbação seja atenuaa e uma nova situação e equilíbrio seja alcançaa. N (g) + 3H (g) NH 3 (g) síntese a amônia Efeito a oncentração ADIÇÃO DE SUBSTÂNIA DESLOA NO SENTIDO DE ONSUMO DA SUBSTÂNIA REMOÇÃO DE SUBSTÂNIA DESLOA NO SENTIDO DE RODUÇÃO DA SUBSTÂNIA omo otimizar a síntese a amônia? N (g) + 3H (g) NH 3 (g) 8

9 1/10/009 Efeito a ressão ELEVAÇÃO DA RESSÃO DESLOA NO SENTIDO DE MENOR VOLUME (menor nº e mols) DIMINUIÇÃO DA RESSÃO DESLOA NO SENTIDO DE MAIOR VOLUME (maior nº e mols) N O 4(g) NO (s) Efeito a Temperatura ELEVAÇÃO DA TEMERATURA REDUÇÃO DA TEMERATURA DESLOA DESLOA ARA O LADO ENDOTÉRMIO ARA O LADO EXOTÉRMIO N O 4(g) sentio enotérmico sentio exotérmico N O (s) H = + 58 kj A temperatura é o único fator que, além e eslocar o equilíbrio, moifica também o valor a constante e equilíbrio. 9

10 1/10/009 Depenência a onstante e Equilíbrio com a Temperatura A epenência a constante e equilíbrio com a temperatura é aa pela equação e van t Hoff: ln 1 H 1 R T1 T 1 ara reações iretas enotérmicas: T ara reações iretas exotérmicas: T 10