Equilíbrio Químico. Capítulo 14

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1 Capítulo 14 Equilíbrio Químico Conceito de Equilíbrio e de Constante de Equilíbrio Expressões para a Constante de Equilíbrio Relação entre Cinética Química e Equilíbrio Químico Que Informação nos Dá a Constante de Equilíbrio Factores que Afectam o Equilíbrio Químico Copyright McGraw-Interamericana de España. Autorização necessária para reprodução ou utilização

2 N 2 2NO 2 equilíbrio equilíbrio equilíbrio Início com NO 2 Início com N 2 Início com NO 2 e N

3 Equilíbrio estado em que não existem alterações observáveis ao longo do tempo. O equilíbrio químico é alcançado quando: As velocidades das reacções directa e inversa forem iguais; e As concentrações dos reagentes e dos produtos não variarem com o tempo. Equilíbrio físico H 2 O (l) H 2 O Equilíbrio químico N 2 2NO

4 N 2 2NO 2 equilíbrio equilíbrio equilíbrio Início com NO 2 Início com N 2 Início com NO 2 e N

5 constante 14.1

6 N 2 2NO 2 K = [NO 2 ]2 = 4, [N 2 ] aa + bb cc + dd K = [C]c [D] d [A] a [B] b Lei da Acção das Massas O equilíbrio irá provocar: K >> 1 K << 1 Deslocação para a direita Deslocação para a esquerda Favorece os produtos Favorece os reagentes 14.1

7 O equilíbrio homogéneo aplica-se a reacções em que todas as espécies envolvidas se encontram na mesma fase. N 2 2NO 2 K c = [NO 2 ]2 [N 2 ] K p = PNO 2 2 P N2 Na maioria dos casos aa + bb K c K p cc + dd K p = K c (RT) n n = moles de produtos gasosos moles de reagentes gasosos = (c + d) (a + b) 14.2

8 Equilíbrio Homogéneos CH 3 COOH (aq) + H 2 O (l) CH 3 COO (aq) + H 3 O + (aq) K c = [CH 3 COO ][H 3 O + ] [CH 3 COOH][H 2 O] [H 2 O] = constante K c = [CH 3 COO ][H 3 O + ] [CH 3 COOH] = K c [H 2 O] Repare que é comum não incluir unidades na constante de equilíbrio. 14.2

9 As concentrações de equilíbrio para a reacção entre o monóxido de carbono e o cloro molecular para formar COCl 2 a 74 0 C são [CO] = 0,012 M, [Cl 2 ] = 0,054 M e [COCl 2 ] = 0,14 M. Calcule as constantes de equilíbrio K c e K p. CO + Cl 2 COCl 2 K c = [COCl 2 ] [CO][Cl 2 ] = 0,14 0,012 0,054 = 220 K p = K c (RT) n n = 1 2 = 1 R = 0,0821 T = = 347 K K p = 220 (0, ) 1 = 7,7 14.2

10 A constante de equilíbrio K p para a reacção 2NO 2 2NO + O 2 é 158 a 1000K. Qual é a pressão de equilíbrio do O 2 se P NO = 0,400 atm e P NO2 = 0,270 atm? K p = 2 P NO P O 2 2 P NO 2 2 P P NO O 2 = K p 2 P NO 2 P O 2 = 158 (0,270)2 /(0,400) 2 = 72 atm 14.2

11 O equilíbrio heterogéneo aplica-se a reacções nas quais os reagentes e os produtos estão em fases diferentes. CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 K c = [CaO][CO 2 ] [CaCO 3 ] [CaCO 3 ] = constante [CaO] = constante K c = [CO 2 ] = K c [CaCO 3 ] [CaO] K p = P CO 2 As concentrações de sólidos e líquidos puros não estão incluídos na expressão da constante de equilíbrio. 14.2

12 CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 P CO 2 = K p P CO 2 não depende da quantidade de CaCO 3 ou CaO 14.2

13 Considere o seguinte equilíbrio a 295 K: NH 4 HS (s) NH 3 + H 2 S A pressão parcial de cada gás é 0,265 atm. Calcule K p e K c da reacção? K p = P NH3 P = 0,265 0,265 = 0,0702 H 2 S K p = K c (RT) n K c = K p (RT) n n = 2 0 = 2 T = 295 K K c = 0,0702 (0, ) 2 = 1,

14 Se somarmos duas reacções o que acontece a K? A + B C + D C + D E + F K c K c K c = [C][D] [A][B] K c = [E][F] [C][D] A + B E + F K c K c = [E][F] [A][B] K c = K c x K c Se a reacção puder ser expressa como a soma de duas ou mais reacções, a constante de equilíbrio para a reacção global é dada pelo produto das constantes de equilíbrio de cada uma das reacções. 14.2

15 Se invertermos uma reacção o que acontece a K? N 2 2NO 2 2NO 2 N 2 K = [NO 2 ]2 [N 2 ] = 4, K = [N O ] 2 4 = 1 [NO 2 ] 2 K = 216 Quando a equação da reacção reversível for escrita no sentido oposto, a constante de equilibrío é o inverso da constante de equilíbrio original. 14.2

16 Escrever Constante de Equilíbrio Na fase condensada, as concentrações das espécies reagentes são expressas em M (mol/l); em fase gasosa, as concentrações podem ser expressas em M ou em atm. As concentrações de sólidos puros, líquidos puros e solventes não aparecem nas expressões da constante de equilíbrio. A constante de equilíbrio é tratada como uma quantidade adimenional. Ao atribuirmos um valor à constante de equilíbrio, devemos especificar as equações acertadas e a temperatura. Se uma reacção puder ser expressa como a soma de duas ou mais reacções, a constante de equilíbrio da reacção global é dada pelo produto das constantes de equilíbrio das reacções individuais. 14.2

17 O quociente relaccional (Q c ) calcula-se substituindo as concentrações iniciais de reagentes e de produtos na expressão da constante de equilíbrio (K c ). SE Q c < K c O sistema evolui da esquerda para a direita (consumindo reagentes, formando produtos) até se atingir o equilíbrio. Q c = K c O sistema está em equilíbrio. Q c > K c O sistema evolui da direita para a esquerda (consumindo produtos, formando reagentes) até se atingir o equilíbrio. 14.4

18 A C a constante de equilíbro (K c ) da reacção Br 2 2Br é 1, Se as concentrações iniciais forem [Br 2 ] = 0,063 M e [Br] = = 0,012 M, calcule as concentrações destas espécies no equilíbrio. Seja x a variação na concentração de Br 2 Br 2 2Br Inicial (M) Variação (M) Equilíbrio (M) 0,063 0,012 x +2x 0,063 x 0, x [Br] 2 K c = K c = [Br 2 ] (0, x) 2 0,063 - x = 1, Resolva em ordem a x 14.4

19 K c = (0, x) 2 0,063 x = 1, x 2 + 0,048x + 0, = 0, ,0011x 4x 2 + 0,0491x + 0, = 0 ax 2 + bx + c = 0 x = b ± b 2 4ac 2a x = 0,0105 x = 0,00178 Inicial (M) Variação (M) Equilíbrio (M) Br 2 2Br 0,063 0,012 x +2x 0,063 x 0, x Em equilíbrio, [Br] = 0, x = 0,009 M ou 0,00844 M Em equilíbrio, [Br 2 ] = 0,062 x = 0,0648 M 14.4

20 Cálculo das Concentrações de Equilíbrio 1. Exprimir as concentrações de todas as espécies no equilíbrio em função das concentrações iniciais e de uma única incógnita x, que representa a variação na concentração. 2. Escrever a expressão da constante de equilíbrio em função das concentrações no equilíbrio. Conhecendo o valor da constante de equilíbrio, resolver em ordem a x. 3. Depois de resolver em ordem a x, calcular as concentrações de todas as espécies no equilíbrio. 14.4

21 Princípio de Le Châtelier Se um sistema em equilíbrio for perturbado externamente, o sistema ajusta-se de forma a minimizar a acção dessa perturbação. Variações na Concentração N 2 + 3H 2 Deslocação do equilíbrio para a esquerda para compensar a perturbação 2NH 3 Adicionar NH

22 Princípio de Le Châtelier Variações na Concentração (continuação) aa + bb cc + dd Alteração Aumenta a concentração de produto(s) Diminui a concentração de produto(s) Deslocações no equilíbrio esquerda direita Aumenta a concentração de reagente(s) Diminui a concentração de reagente(s) direita esquerda 14.5

23 Princípio de Le Châtelier Alterações no Volume e na Pressão A + B C Alteração Aumento da pressão Diminuição da pressão Aumento do volume Diminuição do volume Deslocações do Equilíbrio Lado com menos moles de gás Lado com mais moles de gás Lado com mais moles de gás Lado com menos moles de gás 14.5

24 Alterações na Temperatura Princípio de Le Châtelier Alteração Aumento da temperatura Diminuição da temperatura Reacção Exotérmica K diminui K aumenta Reacção Endotérmica K aumenta K diminui mais frio mais quente 14.5

25 Princípio de Le Châtelier Adição um catalisador Não altera a constante de equilílibrio K Não desvia a posição de um sistema em equilíbrio O sistema atinge o equilíbrio mais cedo Energia potencial Energia potencial não catalisada Progresso da reacção catalisada Progresso da reacção O catalisador diminui a E a para as reacções directa e inversa. O catalisador não altera a constante de equilíbrio nem desloca o equilíbrio. 14.5

26 Princípio de Le Châtelier Alteração Deslocação no equilíbrio Alteração da constante de equilíbrio Concentração sim não Pressão sim não Volume sim não Temperatura sim sim Catalisador não não 14.5