Universidade Federal de Itajubá
Capítulo 15
Equilíbrio Químico
Marcela Pinelli 18724
Guilherme D. P. C. 18706
Prof.: Élcio Barrak
Tópicos Abordados
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•
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•
Conceito de Equilíbrio
A Constante de Equilíbrio
Equilíbrios Heterogêneos
Cálculo das Constantes de Equilíbrio
Aplicações das Constantes de Equilíbrio
Princípio de Le Châtelier
Equilíbrio Químico no Cotidiano
Conceito de Equilíbrio
• O equilíbrio químico é uma situação em que a
proporção entre as quantidades de reagentes e produtos
em uma reação química se mantêm constantes ao longo
do tempo.
• No equilíbrio químico as reações opostas acontecem a
velocidades iguais.
Conceito de Equilíbrio
A  B Velocida

K
[
A
]
d
Reação inversa: B  A Velocida

K
[
B
]
Reação direta:
i
Conceito de Equilíbrio
A pressão influencia a velocidade proporcionalmente
PV  nRT
n  ( n / V )  ( P / RT )
[ A ]  ( P A / RT )
[ B ]  ( P B / RT )
As velocidades para as reações direta e inversa:
Reação direta:
Reação inversa:
P
Velocidade
Kd A
RT
P
Velocidade
Ki B
RT
Conceito de Equilíbrio
Equilíbrio acontece quando:
P
P
A
B
K

K
d
i
RT
RT
Rearranjando a Equação e cancelando os termos RT
(
P
/
RT
)P
d
B
BK



uma
cons
(
P
/
RT
)P
A
AK
i
O equilíbrio é dinâmico, A e B não param de reagir.
O Processo de Haber
Haber desenvolveu um importante processo para sintetizar amônia a partir de
nitrogênio e hidrogênio.
N
(
g
)

3
H
(
g
)

2
NH
(
g
)
2
2
3
Essa reação é a base do processo de Haber para sintetizar amônia, muito
utilizada na agricultura para a fertilização do solo.
A Constante de Equilíbrio
O equilíbrio acontece quando:
P
P
A
B
K

K
d
i
RT RT
Rearranjando a equação e cancelando os termos RT
(
P
/
RT
)P
d
B
BK


uma
cons
(
P
/
RT
)P
A
AK
i
A Constante de Equilíbrio
Lei da ação das massas
aA

bB

cC

dD
A condição de equilíbrio para reagentes e produtos na fase gasosa:
c
d
)
(P
)
kd (P
 C a D b K
eq
ki (P
A) (P
B)
A condição de equilíbrio para reagentes e produtos em solução:
c
d
(C
) (D
)
K
eq
(A
)a(B
)b
A expressão da constante de equilíbrio depende apenas da
estequiometria da reação, não de seu mecanismo.
O valor da constante de equilíbrio varia apenas com a temperatura.
Ordem de Grandeza das Constantes
K eq  1 : equilíbrio encontra-se
- à direita; predominam os produtos.
K eq  1 : equilíbrio encontra-se
- à esquerda; predominam os reagentes.
O Sentido da Equação Química
O sentido no qual escrevemos a equação química para um
equilíbrio é arbitrário:
N
O
(g
)
2
NO
(g
)
2
4
2
A Constante de Equilíbrio
• A constante de equilíbrio da reação inversa é o
inverso da constante de equilíbrio da reação direta.
• Multiplicar os coeficientes de uma reação original,
gera uma constante de equilíbrio equivalente a elevar a
constante de equilíbrio original a esse número.
A Constante de Equilíbrio
• A constante de equilíbrio de uma reação em
etapas é a multiplicação das constantes das
etapas individuais.
Equilíbrios heterogêneos
• As pressões parciais dos gases são substituídas na
expressão da constante de equilíbrio.
• As concentrações molares das espécies dissolvidas
são substituídas na expressão da constante de
equilíbrio.
• Os sólidos puros, os líquidos puros e os solventes
não são incluídos na expressão da constante de
equilíbrio.
Equilíbrios heterogêneos
Exemplos:
CaCO
3
( s )  CaO
( s )  CO
A expressão da constante de equilíbrio fica:
K
eq
 P CO
2
2
(g)
Cálculo das Constantes de Equilíbrio
- Conhecendo todas as concentrações ou pressões
parciais no equilíbrio;
c
d
(C
) (D
)
K
eq
a
b
(A
) (B
)
c
d
D
b
B
(P
)(P)
C
K
 a
eq
(P
)(P)
A
Cálculo das Constantes de Equilíbrio
- Conhecendo a concentração ou pressão parcial no
equilíbrio de pelo menos uma espécie:
• Tabelar os valores iniciais e de equilíbrio;
• Calcular a variação das espécies conhecidas;
• Determinar a variação das outras substâncias
utilizando a estequiometria;
• Calcular as concentrações de equilíbrio;
• Determinar Keq .
Demonstração
O trióxido de enxofre decompõe-se a alta temperatura em
um recipiente selado: 2 SO3(g)  2 SO2(g) + O2(g).
Inicialmente o recipiente é abastecido a 1000 K com SO3(g) a
uma pressão parcial de 0,500 atm. No equilíbrio, a pressão
parcial de SO3(g) é 0,200 atm. Calcule o valor de Keq.
2 SO3(g)  2 SO2(g)
+ O2(g)
Início
0,500 atm
-------
-------
Variação
-0,300 atm
+0,300 atm
+0,150 atm
Equilíbrio
0,200 atm
+0,300 atm
+0,150 atm
2
O
2
SO
2
2
SO
3
(
P)(
P
)
K


0
,
338
eq
(
P)
Aplicações das Constantes de Equilíbrio
- Determinação do sentido para atingir o equilíbrio;
- Cálculo das concentrações de reagentes e produtos
durante o equilíbrio.
Determinação do sentido para atingir o
equilíbrio
• Quociente da reação (Q) : Resultado obtido pela substituição
das pressões parciais ou concentrações dos produtos e reagentes
na expressão da Keq.
Q > Keq
Q < Keq
Q = Keq
→
→
→
Equilíbrio com mais reagentes (dir.→esq.)
Equilíbrio com mais produtos (esq.→dir.)
Sistema em equilíbrio.
Cálculo das concentrações de reagentes e
produtos durante o equilíbrio.
Em uma mistura em equilíbrio, a pressão parcial de H2 é de 3,85
atm e a pressão parcial de I2 é 63,1 atm. Sabendo que o valor da
constante de equilíbrio da reação abaixo é 50,5, qual é a pressão
parcial de HI no equilíbrio?
H2(g) + I2(g)  2HI(g)
Pressão no equilíbrio (atm): 3,85
63,1
2
HI
x
(
P
)
x
²
K



50
,
5
eq
(
P
)(
P
I
2
)(
3
,
85
)(
63
,
1
)
H
2
PHI = x ≈ 110,6 atm.
Princípio de Le Châtelier
“Se um sistema em equilíbrio é perturbado por
uma variação na temperatura, pressão ou
concentração de um dos componentes, o
sistema deslocará sua posição de equilíbrio de
tal forma a neutralizar o efeito do distúrbio.”
Influência da Variação de Pressão (P)
• ↑ P (↓Volume) : Equilíbrio deslocado para o sentido da
reação que possui menor quantidade gasosa.
• ↓ P (↑Volume) : Equilíbrio deslocado para o sentido da
reação que possui maior quantidade gasosa.
Exemplo: N2(g) + 3 H2(g)  2 NH3(g)
4 mols
2 mols
Influência da Variação de Temperatura
(T)
• ↑ T : Equilíbrio deslocado no sentido da reação
endotérmica.
• ↓ T : Equilíbrio deslocado no sentido da reação
exotérmica.
Exemplo: PCl5 (g)  PCl3(g) + Cl2(g)
ΔHº = 87,9 kJ
Reação direta = endotérmica.
Reação inversa = exotérmica.
Influência da Concentração [C]
• ↑ [C] : Equilíbrio deslocado no sentido de consumir
essa substância.
• ↓ [C] : Equilíbrio deslocado no sentido de produzir
essa substância.
Exemplo:
N2(g) + 3 H2(g)  2 NH3(g)
Influência dos Catalisadores
Aumenta a velocidade para o equilíbrio ser atingido, mas
NÃO a composição da mistura no equilíbrio.
Equilíbrio Químico no Cotidiano
• Óculos Fotocromáticos:
AgCl + energia  Ag + Cl
AgCl = aparência clara.
Ag = aparência escura.
• Cerveja
Supercongelamento
Referências Bibliográficas
-Química: A Ciência Central, 9ª ed. Brown, LeMay, Bursten
-http://www.agracadaquimica.com.br/index.php?&ds=1&acao=qu
imica/ms2&i=23&id=239