EQUILÍBRIO QUÍMICO
Equilíbrio Químico
- Equilíbrio químico é a parte da físico-química que estuda as
reações reversíveis e as condições para o estabelecimento desta
atividade equilibrada.
A+B
C+D
- Qualquer sistema em equilíbrio representa um estado dinâmico no
qual dois ou mais processos estão ocorrendo ao mesmo tempo e na
mesma velocidade.
- As reações da química analítica, as reações na natureza e os
principais processos industriais de produção de substâncias são em
sua maioria reversíveis, ou seja, desenvolvem-se ao mesmo tempo
e em direções opostas.
- Assim são, por exemplo, a síntese da amônia e do ácido sulfúrico,
a solução saturada de carbonato de cálcio e o equilíbrio do ozônio
estratosférico com o oxigênio comum:
V1
aA+bB
c C+dD
V2
- A causa do estabelecimento do equilíbrio químico é a nivelação
das velocidades da reação direta (para a direita) e a da inversa (para
a esquerda) que se realiza como conseqüência das mudanças de
concentração das substâncias.
- Duas condições são fundamentais para que se estabeleça o
equilíbrio químico: que o sistema esteja fechado e que a
temperatura e pressão permaneçam constantes.
Características do equilíbrio químico:
- A velocidade da reação direta (V1) é igual à velocidade da reação inversa (V2)
V1
aA+bB
c C+dD
V2
V1 = V2
- O equilíbrio é dinâmico: ambas as reações continuam ocorrendo, só que com
igual velocidade. O equilíbrio químico é mantido permanentemente pela
igualdade das velocidades das reações químicas opostas (microscopicamente
tudo continua).
O que existe, na verdade, são duas reações opostas que ocorrem com a
mesma velocidade.
Características do equilíbrio químico:
- As propriedades macroscópicas (cor, estado físico, volume,
densidade) permanecem constantes, ou seja, externamente não se
percebe nenhuma alteração no sistema, apesar de seu caráter
dinâmico.
- As concentrações de todas as substâncias presentes no equilíbrio
permanecem constantes ao longo do tempo. Isto permite
caracterizar o equilíbrio por meio de um número, a constante de
equilíbrio, que indica a relação das concentrações entre reagentes e
produtos.
Análise gráfica do equilíbrio:
- Podemos construir vários tipos de gráficos, colocando na
ordenada a velocidade da reação direta (V1) e indireta (V2), as
concentrações de reagentes ou produtos ou ambos, em função do
tempo:
- Observe nestes gráficos que a concentração do reagente é máxima
no início e que diminui com o passar do tempo até ficar constante,
enquanto que a concentração do produto é mínima no início e
aumenta com o passar do tempo até ficar constante, ou seja, até
atingir o equilíbrio.
- A situação de equilíbrio em relação às concentrações de reagente
e produto pode ser de três tipos:
[P]>[R]
[R]>[P]
O princípio de Le Chatelier:
- Em 1888, o químico francês Henri Le Chatelier (1850-1936)
lançou uma generalização simples, mas de grande alcance, a
respeito do comportamento do sistema em equilíbrio.
“Aplicando-se uma perturbação qualquer a um sistema em
equilíbrio, o sistema responderá de forma a minimizar o efeito
desta perturbação e restaurar o equilíbrio sob um novo
conjunto de condições”.
- Este princípio se aplica aos fatores que podem deslocar o
equilíbrio químico, que são: concentração, temperatura e pressão.
Efeito da concentração sobre a Velocidade da Reação e
Equilíbrio:
- Se em um sistema em equilíbrio se modifica a concentração de
uma das substâncias envolvidas, como a velocidade da reação é
diretamente proporcional à concentração desta substância, a
velocidade num dos sentidos da reação será maior,
conseqüentemente, o equilíbrio se desloca para o lado que
permitirá que novamente estas velocidades se igualem. Alterando
as concentrações das substâncias e mantendo o equilíbrio.
Consideremos o efeito da variação de concentração na mistura
em equilíbrio cloro e água. A equação de equilíbrio é:
Cl2 + 2 H2O
HOCl + H3O+ + Cl-
Esquerda
Direita
Esquerda
Direita
Esquerda
Efeito da pressão sobre o Equilíbrio e a Velocidade da Reação:
- O fator pressão só interfere no equilíbrio químico que apresenta
substâncias gasosas e quando há variação de número de mols entre
reagentes e produtos destas substâncias gasosas.
Exemplo:
N2(g) + 3 H2(g)
1mol
3 mols
2 NH3(g)
2 mols
O lado esquerdo da reação representa 4 mols de gás combinando-se
para dar 2 mols no lado direito.
Um aumento na pressão total do sistema desloca o equilíbrio para a
direita.
- Quando a reação gasosa se processa sem variação de volume (sem
variação de número de mols), a variação de pressão não provoca
deslocamento do equilíbrio.
Exemplo:
N2(g) +
O2(g)
2 NO(g)
1mol
1 mol
2 mols
Efeito da temperatura sobre o Equilíbrio e a Velocidade da
Reação:
- As reações químicas ocorrem sempre com variação de calor: temos aquelas que
liberam calor (exotérmicas) e aquelas que absorvem calor (endotérmicas).
Efeito da temperatura sobre o Equilíbrio e a Velocidade da
Reação:
O calor pode ser considerado um reagente em reações
endotérmicas ou um produto em reações exotérmicas.
Portanto, a temperatura é análoga à concentração, ao se
aplicar o Princípio de Le Chatelier aos efeitos do calor em
uma reação química.
Exemplo1:
C(s) + CO2(g) + calor
2 CO(g)
A reação é endotérmica e, como pode ser visto, o equilíbrio
desloca-se para a direita em temperaturas mais elevadas.
Exemplo2:
PCl3(l) + Cl2(g)
PCl5(s) + 88 kJ
Neste caso a reação é exotérmica. O calor fará com que o
produto PCl5, se decomponha, regenerando o PCl3 e o Cl2.
Portanto, o calor desloca o equilíbrio para a esquerda.
Constante de Equilíbrio:
- Constante de equilíbrio é a constante obtida a partir das concentrações mol/L
ou das pressões parciais das substâncias envolvidas no equilíbrio:
A
B
KEq = [ B ]
[A]
KEq > 1 = [ B ] > [ A ]
KEq < 1 = [ A ] > [ B ]
Keq varia com a temperatura
Exemplos:
N2 + 3H2
2NH3
t°C
Keq
200
0,4
300
4.10-3
400
2.10-4
1) Escrever a expressão da constante de equilíbrio (Keq)
para as seguintes reações genéricas de equilíbrios
homogêneos:
a) 2A + 3B
b) X
C + 4D
2Y + M
2) Em determinadas condições de pressão e temperatura,
um frasco fechado contém 0,4 mol/L de O3(g) em equilíbrio
com 0,2 mol/L de O2(g), de acordo com a seguinte equação:
3 O2
2 O3
Determine o valor de Keq.