Extensão da
reacção
Reversibilidade da
reacção
UNIDADE 1 –QUÍMICA E INDÚSTRIA:
Equilíbrios e Desequilíbrios
Equilíbrio
Químico
Equilíbrio Dinâmico
1.4. Produção Industrial de Amoníaco
Principio de Le Châtelier
Relação entre Kc
e extensão
Relação entre Q
e Kc
Quociente de
Reacção
Constante
equilíbrio
Reacção Completa
A(g)+2B(g)
AB2(g)
Reagente
em excesso
Produto de
reacção
Início da reacção
16-04-2012
Final da reacção
Exemplos de Reacções Completas
Combustão do Carvão
O oxigénio esgotou-se apesar de ainda haver Carvão.
A reacção termina.
C(s) + O2
CO2(g)
C
C
C
16-04-2012
O2
CO2
t
C
O2
Há esgotamento total de pelo menos um dos reagentes
ou fica com uma concentração não mensurável
CO2
t
Reacção Incompleta
A(g)+2B(g)
AB2(g)
Produto de
reacção
Início da reacção
Final da reacção
Nenhum dos reagente se esgota na totalidade.
16-04-2012
Exemplos de Reacções Incompletas
Síntese do amoníaco
N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
C
C
N2
H2
NH3
t
N2
H2
NH3
No final existe uma mistura de todos os reagentes e produtos.
16-04-2012
t
Qual será o motivo disto acontecer?
2NO2(g)
castanho
16-04-2012
N2O4(g) ∆H=-57 kJ.mol-1
incolor
Porque os óculos foto cromáticos mudam de cor?
Porque motivo o resto de refrigerante que fica muito
tempo dentro do congelador apresenta gosto
diferente?
Como funcionam os testes de humidade caseiro?
16-04-2012
Óculos Fotocromáticos: óculos que possuem lentes que
mudam de cor, conforme a intensidade luminosa.
A reação que ocorre nas lentes dos óculos é a seguinte:
AgCl(s) + Energia
Ag+(aq) + Cl-(aq)
hf
Refrigerantes com gás no congelador
H2CO3(aq) + Energia
T
16-04-2012
H2O(l) + CO2(g)
Formação de H2CO3 diminuição da concentração de CO2
Alteração do sabor
Reacções Químicas Reversíveis: são transformações
químicas em que os reagentes formam os produtos da reacção e
estes reagem entre si para formar reagentes.
Reagentes
[CoCl4]2- + 6 H2O
Reacção Directa
Reacção Inversa
Produtos
As duas reacções:
-ocorrem simultaneamente
-podem ter velocidades diferentes
-ocorrem em condições diferentes
16-04-2012
Produtos
[Co(H2O)6]2+ + 4ClReagentes
EXERCÍCIO DE AULA
(30 minutos)
Tema: Reversibilidade
Condições de trabalho:
- Grupos de 3 pessoas no máximo
- Entrega de um documento por grupo
16-04-2012
E o acontecerá se o sistema reaccional passar a ser fechado?
16-04-2012
16-04-2012
E o acontecerá se o sistema reaccional passar a ser fechado?
A
Gráfico Concentração versus Tempo
-A concentração do reagente A vai
diminuindo e a do produto B vai aumentando
-A partir do instante t, detecta-se que a
composição quantitativa da mistura reaccional
permanece constante.
16-04-2012
B
Gráfico Velocidade versus Tempo
-A rapidez do consumo de A vai diminuir ao
longo do tempo, enquanto a rapidez da
formação B vai aumentando.
-As velocidades das reacções directa e
inversa atingem o mesmo valor.
Atinge-se o Estado de Equilíbrio
Equilíbrio Químico Estático ou Dinâmico?
Dinâmico: A reacção não pára!
16-04-2012
A reacção continua a ocorrer nos 2 sentidos.
Caracterização do Equilíbrio Químico
Início
Copo 1
K2Cr2O7(s) + água (Tamb)
Copo 2
K+(aq) + Cr2O7 2-(aq) (Televada)
Fim
K2Cr2O7(s)
K+(aq) + Cr2O7 2-(aq)
K+(aq) + Cr2O7 2-(aq)
K2Cr2O7(s)
Macroscopicamente:
Submicroscopicamente:
- Ocorre em sistema fechado
- As reacções directa e inversa continuam
a processar-se, ambas com a mesma
rapidez (Equilíbrio Dinâmico)
- Os intervenientes não se esgotam no
decorrer do tempo
- Não há nenhuma alteração de qualquer
propriedade microscópica (cor, composição
qualitativa e quantitativa do sistema…)
- Atinge-se independentemente de se
partir dos reagentes e produtos.
16-04-2012
- Responde a alterações nas condições de
equilíbrio até alcançar uma nova situação
de equilíbrio
Situações Reversíveis de Não-Equílibrio
Transformação reversível de Diamante e Grafite
C diamante
Cgrafite
Velocidade das reacções tão
lentas que nunca chegam a atingir
o equilíbrio
Transformação reversível do Ozono
3O2
2O3
-A reacção directa depende do nº de fotões UV
que irão quebrar a ligação O=O
- A reacção inversa é acelerada devido à
presença de radicais livres
16-04-2012
Velocidade da reacção directa e
inversa nunca se igualam porque
dependem de factores externos.
Classificação de Equilíbrio Químico em
função do número de fases
NH3(aq)+H2O(l)
Homogéneo: Todos os
componentes encontram-se na
mesma fase
16-04-2012
AgCl(s)
NH4+(aq)+ HO-(aq)
Ag+(aq) + Cl-(aq)
Heterógéneo: Pelo menos
dois componentes da mistura
reaccional encontram-se em
fases distintas
Fase ≠ Estado Físico
EXERCÍCIO DE AULA
(20 minutos)
Tema: Constante de equilíbrio químico
Condições de trabalho:
- Grupos de 3 pessoas no máximo
- Entrega de um documento por grupo
16-04-2012
Constante de Equilíbrio Químico
aA + bB
cC + dD, à temperatura T
CONCLUSÕES:
1. Estado de equilíbrio ≠ Constante de Equilíbrio
c
d

C e  D e
Kc 
Aea  B be
Adimensional
2. Existem infinitos estados de equilíbrio, mas só uma Kc para a mesma T
3. O valor da Constante de Equilíbrio:
-
Depende da estequimetria da reacção
-
Depende da temperatura
-
Não depende da composição inicial do sistema reaccional
4. A composição do sistema num estado de equilíbrio:
-
Não depende da estequiometria da reacção
-
Depende da temperatura
-
Depende da composição inicial do sistema reaccional
16-04-2012
EXEMPLO 1
Num reactor de capacidade 1,00 L, colocaram-se 2,00 mol de NOCl que vão reagir
segundo a equação química 2NOCl(g)
2NO(g) + Cl2(g).
Quando se atingiu o equilíbrio, a quantidade química de monóxido de azoto (NO) era
de 0,66 mol.
Calcular a constante de equilíbrio Kc, a 25ºC, para esta reacção.
Kc 
[ NO]2  Cl 2 
NOCl2
A partir da estequiometria da reacção, pode concluir-se que:
- quando se forma 2x mol de NO, reagem 2x mol de NOCl;
- quando se forma 2x mol de NO, formam-se x mol de Cl2
Quantidade
Química /mol
NOCl
NO
Cl2
ni
2,00
0,00
0,00
∆n
-2x
+2x
x
ne
2,00-2x
2,00-2x0,33=1,34
2x
0,66
x
0,33
Concentração de
16-04-2012
equilíbrio/mol.dm-3
1,34 = 1,34
1
O,66 = 0,66
1
0,33 = 0,33
1
Como se pode saber se o sistema está ou não em
equilibro a uma determinada temperatura?
Macroscopicamente pode não ser observável nenhuma alteração, mas o
sistema pode não estar em equilíbrio químico.
aA(g) + bB(g)

Cc  Dd
Q
Aa  Bb
c
d

C e  De
Kc 
Aea  Bbe
cC(g) + dD(g), à temperatura T
Os sólidos e líquidos não entram
Se Q = Kc o sistema está em equilíbrio
Se Q ≠ Kc o sistema não está em equilíbrio
16-04-2012
Se
Q = Kc
O sistema está em equilíbrio químico e por isso não irá evoluir para
nenhum dos sentidos
Q < Kc
Se
O sistema vai evoluir no sentido directo
Q ≠ Kc
Q > Kc
16-04-2012
O sistema vai evoluir no sentido inverso
Constante de Equilíbrio Químico versus Extensão das
Reacções
Situação no equilíbrio
Situações de Kc
1. Valores elevados de Kc
(Kc >>1)
H2(g) + I2(g)
2HI(g)
Kc = 4,0x1031 a 300 K
2. Valores Intermédios de Kc
2BrCl(g)
Br2(g) + Cl2(g)
Kc = 5 a 100K
3. Valores Pequenos de Kc
(Kc <<<1)
Fe2(g)
2Fe(g)
Kc = 7,3x10-13a 500 K
Domínio dos produtos sobre os
reagentes, o que implica maior extensão
da reacção directa
Não há predominância de reagentes
sobre os produtos ou vice-versa. A
extensão das duas reacções é idêntica
Domínio dos reagentes sobre os
produtos, o que implica maior extensão
da reacção inversa
Extensão ≠ Rapidez
16-04-2012
Metodologia para a resolução de exercícios envolvendo equilíbrio químico
Sim
É dada a Reacção Química
Escrever a equação da reacção
Procurar equação da reacção
Escrever a expressão de Kc
A reacção está em equilíbrio?
Não
Determinar Kc
Não
Sim
São dadas as concentrações
iniciais ou de equilíbrio?
Iniciais
Comparar com o Kc
para ver o sentido
da evolução da
reacção
16-04-2012
Determinar
concentrações de
equilíbrio usando a
estequiometria e o
método x
Equilíbrio
Introduzir as
concentrações de
equilíbrio na
expressão de Kc e
resolver
EXEMPLO 1
Introduzem-se num reactor de V dm3, 1 mol de cada componente reaccional, à
temperatura de 1070ºC. A reacção química tem Kc = 0,90 e pode ser traduzida
pela seguinte equação: CO2(g) + H2 (g)
CO(g) + H2O(g).
Determinar a composição do sistema quando se atingiu o equilíbrio químico.
 1,00   1,00 



[CO]  H2O  V   V 
Q

 1,00 > Kc
CO2  H2   1,00    1,00 
 V   V 
O sistema
reaccional evolui no
[CO]  H 2O
K

c inverso
sentido
CO2  H 2 
Quantidade Química
/mol
CO2
H2
CO
H2
ni
1,00
1,00
1,00
1,00
∆n
+x
+x
-x
-x
ne
1,00+x
1,00+x
1,00-x
1,00-x
Concentração de
equilíbrio/mol.dm-3
1,00+x
V
1,00+x
V
1,00-x
V
1,00-x
V
16-04-2012
EXEMPLO 1
 1,00  x   1,00  x 



[CO]  H2O 1,00V x    1,00 Vx  
Kc 

 0,9  (1,00  x) 2 x0,9  (1,00  x) 2 




[CO
H2O
 1,00
 1,V00 x 
CO2]H
2 
V  x  




Kc 

 0,9  (1,00  x) 2 x0,9  (1,00  x) 2 
V x    1,00Cl
QuantidCO2 NOCl
V2x  
 H2  1,00NO




x ade
 0,026
v x  38 V   V 
Química
x  0,026 v x  38
/mol
[CO]  H 2O
nCO2 e  n(H2 )e  1,00  0,026  1,03 mol
Kc 
CO2  H 2 
n
2,00
0,00
0,00
i
CO)e2 e n(nH(H2O
00
0,026
 1
,039,mol
n(nCO
,00 
0,026
7 mol
2 ))
ee 1,1
Composição no equilíbrio
n(CO)e  n(H2O)e  1,00  0,026  9,7 mol
∆n
-2x
+2x
x
ne
2,00-2x
2,002x0,66=
1,34
2x
0,66
0,33
Concent
ração de
equilíbri
o/mol.d
m-3
1,34 =
1,34
1
O,66 =
0,66
1
0,33 =
0,33
1
16-04-2012
EXERCÍCIO DE AULA
(45 minutos)
Tema: Princípio de Le Châtelier
Condições de trabalho:
- Grupos de 2/3 pessoas no máximo
- Entrega de um documento por grupo
16-04-2012