Equilíbrio Químico
Equilíbrio Químico
Equilíbrio e equilíbrio químico
Equilíbrio é um estado no qual não ocorrem mudanças observáveis
com o passar do tempo.
O equilíbrio químico é atingido quando:
•
As velocidades da reacção directa e inversa são iguais e
•
As concentrações de reagentes e produtos permanecem
constantes
Equilíbrio físico
H2O (l)
H2O (g)
Equilíbrio químico
N2O4 (g)
2NO2 (g)
Equilíbrio Químico
Equilíbrio químico
N2O4 (g)
2NO2 (g)
equilíbrio
equilíbrio
equilíbrio
início NO2
início N2O4
início NO2 & N2O4
Equilíbrio Químico
Constante de equilíbrio
constante
Equilíbrio Químico
Constante de equilíbrio
N2O4 (g)
2NO2 (g)
K=
aA + bB
K=
[C]c[D]d
[NO2]2
[N2O4]
= 4.63 x 10-3
cC + dD
Lei da acção de massas
[A]a[B]b
Posição do equilíbrio
K >> 1
Para a direita
Favorece produtos
K << 1
Para a esquerda
Favorece reagentes
Equilíbrio Químico
Equilíbrio Homogéneo
Equilíbrio homogéneo reacções em que as espécies reactivas se
encontram na mesma fase.
N2O4 (g)
Kc =
2NO2 (g)
[NO2]2
[N2O4]
Kp =
Na maioria dos casos
2
PNO
2
PN2O4
Kc ≠ Kp
aA (g) + bB (g)
cC (g) + dD (g)
Kp = Kc(RT)∆n
∆n = moles produtos gasosos – moles reagentes gasosos
= (c + d) – (a + b)
Equilíbrio Químico
Equilíbrio Homogéneo
CH3COOH (aq) + H2O (l)
[CH3COO-][H3O+]
Kc‘ =
[CH3COOH][H2O]
CH3COO- (aq) + H3O+ (aq)
[H2O] = constante
[CH3COO-][H3O+]
= Kc‘ [H2O]
Kc =
[CH3COOH]
Prática geral não incluir unidades para a
constante de equilíbrio.
Equilíbrio Químico
Equilíbrio Homogéneo
As concentrações de equilíbrio para a reacção entre o monóxido de
carbono e cloro molecular para formar COCl2 (g) a 740C são [CO] =
0.012 M, [Cl2] = 0.054 M, e [COCl2] = 0.14 M. Calcule as constantes
de equilíbrio Kc and Kp.
CO (g) + Cl2 (g)
COCl2 (g)
0.14
[COCl2]
=
= 220
Kc =
0.012 x 0.054
[CO][Cl2]
Kp = Kc(RT)∆n
∆n = 1 – 2 = -1
R = 0.0821
T = 273 + 74 = 347 K
Kp = 220 x (0.0821 x 347)-1 = 7.7
Equilíbrio Químico
Equilíbrio Homogéneo
A constante de equilíbrio Kp para a reacção:
2NO2 (g)
2NO (g) + O2 (g)
é 158 a 1000K. Qual é a pressão de equilíbrio do O2 se PNO = 0.400
atm e PNO = 0.270 atm?
2
Kp =
PNO PO2
2
PNO
2
PO2 = Kp
2
PNO
2
2
PNO
PO2 = 158 x (0.400)2/(0.270)2 = 347 atm
Equilíbrio Químico
Equilíbrio Heterogéneo
Equilíbrio Heterogéneo aplica-se em reacções onde reagentes e
produtos se encontram em fases diferentes.
CaCO3 (s)
CaO (s) + CO2 (g)
[CaO][CO2]
Kc‘ =
[CaCO3]
[CaCO3]
Kc = [CO2] = Kc‘ x
[CaO]
[CaCO3] = constant
[CaO] = constant
Kp = PCO2
As concentrações de sólidos e líquidos puros não são incluídas na
expressão da constante de equilíbrio.
Equilíbrio Químico
Equilíbrio Heterogéneo
CaCO3 (s)
CaO (s) + CO2 (g)
PCO 2 = Kp
PCO 2 não depende da quantidade de CaCO3 ou CaO
Equilíbrio Químico
Equilíbrio Heterogéneo
Considere o seguinte equilíbrio a 295 K:
NH4HS (s)
NH3 (g) + H2S (g)
A pressão parcial de cada gás é 0.265 atm. Calcule Kp e Kc para a
reacção
Kp = PNH PH S = 0.265 x 0.265 = 0.0702
3
2
Kp = Kc(RT)∆n
Kc = Kp(RT)-∆n
∆n = 2 – 0 = 2
T = 295 K
Kc = 0.0702 x (0.0821 x 295)-2 = 1.20 x 10-4
Equilíbrio Químico
A+B
C+D
Kc‘
C+D
E+F
K‘c‘
A+B
E+F
[C][D]
Kc‘ =
[A][B]
Kc
[E][F]
Kc‘‘ =
[C][D]
[E][F]
Kc =
[A][B]
Kc = Kc‘ x Kc‘‘
Se uma reacção puder ser expressa como a soma de duas ou mais
reacções, a constante de equilíbrio da reacção total é dada pelo
produto das consatntes de equilíbrio das reacções individuais.
Equilíbrio Químico
N2O4 (g)
K=
[NO2]2
[N2O4]
2NO2 (g)
= 4.63 x
10-3
2NO2 (g)
N2O4 (g)
[N2O4]
1
= 216
K‘ =
=
2
K
[NO2]
Quando a equação de uma reacção reversível é escrita na direcção
oposta a constante de equilíbrio é o recíproco da constante de
equilíbrio original
Equilíbrio Químico
Acerca da escrita de constantes de equilíbrio
•
As concentrações dos reagentes na fase condensada são expressas
em M. na fase gasosa, as concentrações podem ser expressas em M
ou atm.
•
As concentrações de sólidos puros, líquidos puros e solventes não
aparecem nas expressões da constante de equilíbrio.
•
A constante de equilíbrio é uma quantidade adimensional.
•
Quando se faz referência ao valor de uma constante de equilíbrio é
necessário especificar a equação acertada e a temperatura.
•
Se uma reacção poder ser expressa como a soma de duas ou mais
reacções, a constante de equilíbrio para o processo global é dada pelo
produto das constantes de equilíbrio das reacções individuais.
Equilíbrio Químico
Cinética química e constantes de equilíbrio
A + 2B
kd
ki
velocidaded = kd [A][B]2
AB2
velocidadei = ki [AB2]
Equilíbrio
velocidaded = velocidadei
kd [A][B]2 = ki [AB2]
[AB2]
kd
= Kc =
ki
[A][B]2
Equilíbrio Químico
Cinética química e constantes de equilíbrio
O quociente de reacção (Qc) é calculado substituindo as
concentrações iniciais de reagentes e produtos na expressão da
constante de equilíbrio (Kc).
SE
•
Qc > Kc o sistema prossegue da direita para a esquerda para atingir o
equilíbrio
•
Qc = Kc o sistema está em equilíbrio
•
Qc < Kc o sistema prossegue da esquerda para a direita para atingir o
equilíbrio
Equilíbrio Químico
Cálculo de concentrações de equilíbrio
1. Expressam-se as concentrações de equilíbrio de todas as espécies em
termos da concentração inicial de uma única incógnita x, que
representa a variação da concentração.
2. Escreve-se a expressão para a constante de equilíbrio em termos das
concentrações de equilíbrio. Sabendo-se o valor da constante de
equilíbrio resolve-se a equação para x.
3. Conhecido o valor de x, calculam-se as concentrações de equilíbrio de
todas as espécies.
Equilíbrio Químico
Cálculo de concentrações de equilíbrio
A 12800C a constante de equilíbrio (Kc) para a reacção
Br2 (g)
2Br (g)
é 1.1 x 10-3. se as concentrações iniciais forem [Br2] = 0.063 M e [Br] =
0.012 M, calcule as concentrações destas espécies no equilíbrio.
Se x for a variação da concentração de Br2
Inicial (M)
Variação (M)
Equilíbrio (M)
[Br]2
Kc =
[Br2]
Br2 (g)
2Br (g)
0.063
-x
0.063 - x
0.012
+2x
0.012 + 2x
(0.012 + 2x)2
= 1.1 x 10-3
Kc =
0.063 - x
Resolver
para x
(0.012 + 2x)2
= 1.1 x 10-3
Kc =
0.063 - x
4x2 + 0.048x + 0.000144 = 0.0000693 – 0.0011x
4x2 + 0.0491x + 0.0000747 = 0
-b ± √b2 – 4ac
2
x=
ax + bx + c =0
2a
x = -0.0105 x = -0.00178
Br2 (g)
2Br (g)
0.063
0.012
Variação (M)
-x
+2x
Equilíbrio (M)
0.063 - x
0.012 + 2x
Inicial (M)
No equilíbrio, [Br] = 0.012 + 2x = -0.009 M or 0.00844 M
No equilíbrio, [Br2] = 0.062 – x = 0.0648 M
Equilíbrio Químico
Princípio de Le Châtelier
Se for aplicada uma perturbação externa a um sistema em equilíbrio, o
sistema ajusta-se de modo a que essa perturbação seja parcialmente
compensada e o sistema possa atingir uma nova posição de equilíbrio.
• Alteração da concentração
N2 (g) + 3H2 (g)
Equilíbrio
desloca-se
para a
esquerda
2NH3 (g)
Adição
de NH3
Equilíbrio Químico
Princípio de Le Châtelier
• Alteração da concentração cont.
Remoção
Adição
Remoção
Adição
aA + bB
cC + dD
Alteração
Aumento concentração de produto(s)
Deslocamento do Equilíbrio
esquerda
Diminuição concentração de produto(s)
direita
Aumento concentração de reagente(s)
direita
Diminuição concentração de reagente(s)
esquerda
Equilíbrio Químico
Princípio de Le Châtelier
• Alteração da Temperatura
Alteração
Aumento temperatura
Diminuição temperatura
Reac. Exotérmica
Reac. Endotérmica
K diminui
K aumenta
K aumenta
K diminui
Mais frio
Mais quente
Equilíbrio Químico
Princípio de Le Châtelier
• Adição de um catalisador
• não modifica K
• não altera a posição de um sistema em equilíbrio
• o sistema atinge o equilíbrio mais cedo
Não catalizado
catalizado
O catalisador reduz a Ea tanto para a reacção directa como para a inversa.
O catalisador não modifica a constante de equilíbrio nem desloca o equilíbrio.
Chemistry In Action
Life at High Altitudes and Hemoglobin Production
Hb (aq) + O2 (aq)
Kc =
HbO2 (aq)
[HbO2]
[Hb][O2]
Chemistry In Action: The Haber Process
N2 (g) + 3H2 (g)
2NH3 (g) ∆H0 = -92.6 kJ/mol
Equilíbrio Químico
Princípio de Le Châtelier - resumo
Alteração
Deslocamento do
Equilíbrio
Alteração da constante
de equilíbrio
Concentração
sim
não
Pressão
sim
não
Volume
sim
não
Temperatura
sim
sim
Catalisador
não
não