12.º Ano — Química
Equilíbrio Químico
EQUILÍBRIO QUÍMICO
1. Reversibilidade das Transformações Físicas e Químicas
Quando se misturam espécies químicas capazes de reagir, em
proporções estequiométricas, duas situações podem acontecer:
(a)
A reacção dá-se, gastando-se totalmente os reagentes, isto
é ocorre uma conversão total destes em produtos.
Diz-se que a reacção é completa ou irreversível.
O rendimento foi de 100%.
Por exemplo a combustão do gás natural:
CH4(g) + 2O2(g)
(b)
CO2(g) + H2O(g)
A reacção dá-se sem que os reagentes se convertam
totalmente nos produtos da reacção.
As concentrações dos reagentes diminuem à medida que a
reacção progride, até que, decorrido um certo tempo,
atingem um valor que daí em diante se mantém constante.
Neste caso a reacção diz-se incompleta ou reversível.
Por exemplo:
H2(g) + I2(g)
2HI(g)
Ou,
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Na sublimação do iodo:
Coloca-se um pouco iodo, em palhetas, num balão
volumétrico. Rolha-se este e mergulha-se em água morna.
Nota-se o aparecimento de uns vapores violeta, correspondentes ao iodo gasoso.
Ocorreu a transformação:
I2(s) à I2(g)
À medida que se vai dando a sublimação, a intensidade da
cor violeta dos vapores aumenta. Estabilizando passado
algum tempo.
Se o balão estiver bem fechado o vapor de iodo começa a
sofrer a reacção oposta, ou seja:
I2(g) à I2(s)
Ao fim de algum tempo, o sistema atinge o equilíbrio. Ou
seja, a velocidade da reacção directa é igual à velocidade
da reacção inversa.
I2(s)
I2(g)
As transformações de equilíbrio representam-se por dupla
seta (
); e como não conduzem ao esgotamento dos
reagentes dizem-se incompletas ou reversíveis.
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2. Noção de Sistema:
Meio exterior
SISTEMA
Meio exterior
Sistemas (quanto à sua relação com o meio exterior):
• Sistemas Abertos: Sistemas em que há trocas de
energia e de matéria com o exterior, por exemplo a
evaporação da água num recipiente aberto.
• Sistemas Fechados: Sistemas em que há troca de
energia, mas não de matéria, por exemplo uma reacção
química que ocorra em recipiente fechado.
• Sistemas Isolados: Sistemas em que não há trocas de
energia nem de matéria para o exterior, é exemplo,
por aproximação, uma garrafa termo.
Sistemas (quanto à sua composição):
•
Sistema Homogéneo: sistema constituído por uma
única fase, por exemplo o ar ou uma solução aquosa
de cloreto de sódio (não saturada).
•
Sistema Heterogéneo: sistema constituído por duas
ou mais fases, por exemplo azeite e água.
Entende-se por fase:
Uma porção de matéria homogénea e fisicamente distinta, com
limites bem definidos.
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3. Equilíbrio Dinâmico:
Nos sistemas fechados podem ocorrer reacções reversíveis. Após algum
tempo de reacção estabelece-se um equilíbrio dinâmico, no qual as duas
reacções opostas ocorrem a igual velocidade.
Por exemplo:
Misturando azoto com hidrogénio, em determinadas condições, forma-se
amoníaco.
N2(g) + 3H2(g) à 2NH3(g)
No entanto, o amoníaco pode decompor-se, a elevadas temperaturas, para
produzir azoto e hidrogénio:
2NH3(g) à
N2(g) + 3H2(g)
Ambas as reacções são reversíveis e a equação pode ser escrita:
N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
Como mostra a figura, à medida que a reacção prossegue, as
concentrações dos reagentes vão diminuindo, até se tornarem constantes,
em te, sem que haja esgotamento de algum dos reagentes.
Se não houver qualquer perturbação, após o equilíbrio ter sido alcançado,
as concentrações mantêm-se indefinidamente constantes, embora as
reacções continuem a ocorrer.
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No equilíbrio químico a velocidade da reacção directa (vd) é igual à
velocidade da reacção inversa (vi).
É a condição cinética de equilíbrio:
vd = vi
A Teoria das Colisões dá uma interpretação microscópica do estado de
equilíbrio:
Supondo que inicialmente só existem reagentes, no sistema, as
colisões devem-se unicamente a eles. À medida que a reacção se dá o
número de partículas de reagentes vai diminuindo e vai aumentando o
número de partículas de produtos.
Assim, o número de colisões entre reagentes diminui, logo diminui a
velocidade da reacção directa.
Paralelamente o número de colisões entre partículas dos produtos
aumenta, regenerando os “reagentes”, logo a velocidade da reacção
inversa aumenta.
Em resumo:
Um sistema está em equilíbrio quando:
•
•
Não há trocas de matéria nem energia com o exterior.
As propriedades macroscópicas mensuráveis do sistema (cor,
concentração, pressão, volume, temperatura e outras) não variam
com o tempo.
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4. EXTENSÃO DAS REACÇÕES:
Um sistema estar em equilíbrio pode corresponder a diferentes situações
no que diz respeito à extensão da reacção directa.
Quando no equilíbrio as concentrações dos reagentes prevalecem sobre os
produtos da reacção diz-se que a reacção é pouco extensa.
Podemos verificar graficamente que a reacção directa é menos extensa
que a inversa.
Se pelo contrário existem mais produtos que reagentes, isto significa que
houve uma elevada percentagem de conversão de reagentes em produtos.
Logo, a reacção directa foi muito extensa.
Verifica-se pelo gráfico que a reacção directa é mais extensa que a
reacção inversa.
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