aula1 equilibrio químico

EQUILÍBRIO QUÍMICO

SQM 0405 – Química Geral e Experimental: Teórica e Prática

Amanda Ribeiro Guimarães

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quimicageralemais.blogspot.com.br

mailto:[email protected]

PRINCIPAIS TÓPICOS

Noções de equilíbrio químico

Constante de equilíbrio

Equilíbrio iônico em solução aquosa

Equilíbrio ácido-base

Solução tampão

REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO

Mahan, Bruce M. Química: um curso

universitário. Bruce M. Mahan, Rollie J. Myers;

coordenador Henrique Eisi Toma; tradução de

Koiti Araki, Denise de Oliveira Silva, Flávio

Massao Matsumoto. São Paulo: Edgard Blücher,

2003.

Atkins, Peter. Princípios de química:

questionando a vida moderna e o meio

ambiente. Peter Atkins, Loretta Jones; tradução

Ricardo Bicca de Alencastro. Porto Alegre:

Bookman, 2006.

A produção de alimentos

cairia desastrosamente

em razão da falta de

fertilizantes

nitrogenados!!!!

1898

Sir William RamsayFabricação de

Fertilizantes Fabricação de

explosivos

Jazidas do Chile

A resposta está

no Equilíbrio

Químico!!!

Fritz Haber (1868 – 1934)

𝑁2(𝑔) + 3𝐻2(𝑔) → 2𝑁𝐻3(𝑔)

Reversibilidade das Reações

aA+bB cC+dD

Reação direta

reagentes

produtos

bB

aA

aA e bB serão consumidos

bB

cC

dD

cC e dD serão formados

Reação Inversa• Mesma velocidade

• A composição da mistura

é constante

CaCO3 (s) ⇄CaO (s) + CO2 (g)

CaCO3

(s)

CO2

CaO

(s)

CO2

↓

↓↓

CO2

CO2

840 °C

A CONSTANTE DE EQUILÍBRIO

2𝑆𝑂2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) ⇄ 2𝑆𝑂3(𝑔)

𝐾 =(𝑃𝑆𝑂3/𝑃

°)

(𝑃𝑆𝑂2/𝑃°)2(𝑃𝑂2/𝑃

°)

Dados de Equilíbrio e Constante de Equilíbrio da

Reação

𝑃𝑆𝑂2 (bar) 𝑃𝑂2(bar) 𝑃𝑆𝑂3(𝑏𝑎𝑟) 𝑃(𝑏𝑎𝑟) K

A 5,49x10−2 3,24x10−2 2,21x10−4 8,75x10−2 5,00x10−4

B 3,16x10−3 1,83x10−2 9,49x10−6 2,15x10−2 4,93x10−4

C 9,15x10−3 9,15x10−3 1,96x10−5 1,83x10−2 5,02x10−4

K médio= 4,95x10−4

CONSTANTE DE EQUILÍBRIO

aA + bB ⇌ cC + dD

𝐾 =𝐶 𝑐 𝐷 𝑑

𝐴 𝑎 𝐵 𝑏

DEPENDENTE DA TEMPERATURA

• Concentração molar se a

espécie for um soluto

dissolvido.

• Pressão parcial se a espécie

for um gás.

PRODUTOS

REAGENTES

QUOCIENTE DE REAÇÃO Q

H2 (g) + I2 (g) ⇌ 2HI (g) 𝑄 =𝑃𝐻𝐼2

𝑃𝐻2𝑃𝐼2

• Q assume qualquer valor dependendo da mistura de HI,

H2 e I2.

• Quando o equilíbrio é atingido, existirá um único valor de

Q – dependente da temperatura

QUOCIENTE DE REAÇÃO Q

aA + bB ⇌ cC + dD

𝑄 =𝐶 𝑐 𝐷 𝑑

𝐴 𝑎 𝐵 𝑏

O sistema estará em equilíbrio

Reagentes em excesso em relação

ao equilíbrio – Reação prosseguirá

até o equilíbrio da esquerda para a

direitaProdutos em excesso em relação ao

equilíbrio – Reação prosseguirá até

o equilíbrio da direita para a

esquerda

aA+bB cC+dD⇄

𝐾 =𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑜𝑠 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑜𝑠

𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑜𝑠 𝑟𝑒𝑎𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠

𝐾 =(𝑃𝐶 /𝑃°)𝑐(𝑃𝐷 /𝑃°)𝑑

(𝑃𝐴 /𝑃°)𝑎(𝑃𝐵 /𝑃°)𝑏

Pressão Concentração

P°=1bar

Pressão padrão

aA+bB cC+dD⇄

𝐾 =𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎çã𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑜𝑠 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑜𝑠

𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎çã𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑜𝑠 𝑟𝑒𝑎𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠

c°=1mol. 𝐿−1

molaridade padrão

𝐾 =[𝐶]𝑐 [𝐷]𝑑

[𝐴]𝑎 [𝐵]𝑏

para sólidos de líquidos puros, [j]/c°=1

𝐾 =𝑃𝐶

𝑐 𝑃𝐷𝑑

𝑃𝐴𝑎 𝑃𝐵

𝑏

𝐾 =([𝐶]/𝑐°)𝑐([𝐷]/𝑐°)𝑑

([𝐴]/𝑐°)𝑎([𝐵]/𝑐°)𝑏


aA + bB ⇌ cC + dD

𝐾 =𝐶 𝑐 𝐷 𝑑

𝐴 𝑎 𝐵 𝑏

Não aparecem na

expressão da

constante de

equilíbrio:

• Líquido puro

• Sólido puro

• Solvente

presente em

excesso


Cu2+ (aq) + Zn (s) ⇌ Cu (s) + Zn2+ (aq)

𝐾 =𝐶𝑢 𝑍𝑛2+

𝐶𝑢2+ [𝑍𝑛]

[𝑍𝑛2+]

[𝐶𝑢2+]=

[𝐶𝑢]

[𝑍𝑛]𝐾′ ≡ 𝐾

[𝑍𝑛2+]

[𝐶𝑢2+]= 𝐾


CaCO3 (s) ⇌ CaO (s) + CO2 (g)

𝐾 =𝐶𝑎𝑂 𝐶𝑂2𝐶𝑎𝐶𝑂3

𝐶𝑂2 =[𝐶𝑎𝐶𝑂3]

[𝐶𝑎𝑂]𝐾′ ≡ 𝐾

𝐶𝑂2 = 𝐾


2H2 (g) + O2 (g) ⇌ 2H2O (g)

H2 (g) + 𝟏

𝟐O2 (g) ⇌ H2O (g)

𝐾1 =[𝐻2𝑂]

2

[𝐻2]2[𝑂2]

𝐾2 =[𝐻2𝑂]

[𝐻2][𝑂2] 1 2

𝐾2 = 𝐾1 1 2


2NO (g) + O2 (g) ⇌ 2NO2 (g)

2NO2 (g) ⇌ 2NO (g) + O2 (g)

𝐾1 =[𝑁𝑂2]

2

[𝑁𝑂]2[𝑂2]

𝐾2 =[𝑁𝑂]2[𝑂2]

[𝑁𝑂2]2

𝐾2 =1

𝐾1


2NO (g) + O2 (g) ⇌ 2NO2 (g)

2NO2 (g) ⇌ N2O4 (g)

𝐾1 =[𝑁𝑂2]

2

[𝑁𝑂]2[𝑂2]

𝐾2 =[𝑁2𝑂4]

[𝑁𝑂2]2

𝐾3 = 𝐾1𝐾2

2NO (g) + O2 (g) ⇌ N2O4 (g)

𝐾3 =[𝑁2𝑂4]

[𝑁𝑂]2[𝑂2]=

[𝑁𝑂2]2

[𝑁𝑂]2[𝑂2]

[𝑁2𝑂4]

[𝑁𝑂2]2

PRINCÍPIO DE LE CHATELIER

RESPOSTA DOS EQUILÍBRIOS A MUDANÇAS

DE CONDIÇÕES

concentração

pressão

temperatura

catalisadores

“Quando uma perturbação exterior éaplicada a um sistema em equilíbriodinâmico, ele tende a se ajustar nosentido de minimizar o efeito daperturbação.”

(1850-1936)

Concentração

No Equilíbrio Q=K

aA + bB ⇌ cC + dD

aA

cC

Adição de reagente

aA + bB ⇌ cC + dD

Q< K

A reação responde com

a formação de produtos

para restaurar a

igualdade entre Q e K.

Adição de produtos

Q >K

A reação responde com a

formação de reagentes

para restaurar a

igualdade entre Q e K.

aA + bB ⇌ cC + dD

Q=𝐶 𝑐 𝐷 𝑑

𝐴 𝑎 𝐵 𝑏

O CASO DO AAS

𝐴𝐴𝑆(𝑠) +𝐻2𝑂(𝑙) ⇄ 𝐴𝐴𝑆−1+𝐻3 𝑂+(aq)

𝐴𝐴𝑆−1(aq)

𝐻3𝑂+

CaCO3 (s)⇌CaO (s) + CO2 (g)

Absorve calor

Reação exotérmica

2𝑆𝑂2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) ⇄ 2𝑆𝑂3(𝑔)

Reação endotérmica

Libera calor

Temperatura

A temperatura aumentar?

Qual seria o efeito sobre o Equilíbrio ?

2𝑆𝑂2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) ⇄ 2𝑆𝑂3(𝑔)

Reação exotérmica

Reação endotérmica

CaCO3 (s) ⇌CaO (s) + CO2 (g)

O aumento da temperatura de uma mistura de reação desloca o

equilíbrio na direção endotérmica.

Pressão

𝐼2(𝑔) ⇌ 2𝐼(𝑔)

Dica: verificar o número

de mols!!!

compressão

expansão

A compressão de uma mistura de reação de equilíbrio tende a

deslocar a reação na direção que reduz o número de moléculas em fase

de gás.

SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA DE HABER

Fritz Haber (1868 – 1934)

𝑁2(𝑔) + 3𝐻2(𝑔) ⇌ 2𝑁𝐻3(𝑔)

1) Conduzir a síntese com gases

fortemente comprimidos .

2 mols

4mols

2) Era preciso conduzir a reação à

menor temperatura possível.

250atm!!

Reação é exotérmica

3) Remover a amônia à medida que

ela se forma.

Catálise

𝑁2(𝑔) + 3𝐻2(𝑔) ⇌ 2𝑁𝐻3(𝑔)

• Nitrogênio e hidrogênio combinam-se muito lentamente em temperaturas

baixas!!

Adição de um catalisador!!!

Catalisador - é uma substância que

aumenta a velocidade de uma reação

química sem ser consumido durante a

reação.

• O catalisador não afeta o equilíbrio de uma mistura de reação.

𝑁2(𝑔) + 3𝐻2(𝑔) ⇌ 2𝑁𝐻3(𝑔)

FeOs U

250atm450 C°

ATENÇÃO!!!!

A constante de Equilíbrio pode ser definida em termos de pressões

parciais e em termos de concentração.

𝐾 =𝑃𝐶

𝑐 𝑃𝐷𝑑

𝑃𝐴𝑎 𝑃𝐵

𝑏 𝐾𝑐 =𝐶 𝑐 𝐷 𝑑

𝐴 𝑎 𝐵 𝑏

Convertendo 𝐾 em 𝐾𝑐

𝐾 =𝑅𝑇𝑐°

𝑃°𝐾𝑐Δ𝑛

Δ𝑛=(c+d)-(a+b)

𝐾 = 𝑅𝑇 Δ𝑛 𝐾𝑐

P°=1bar c°=1mol.𝐿−1

EXEMPLO 1

Em 673K, a constante de equilíbrio K de 2𝑆𝑂2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) ⇄2𝑆𝑂3(𝑔) é 3,1𝑥104. Qual é o valor de 𝐾𝑐 nessa temperatura?

R= 8,31447x 10−2 𝐿. 𝑏𝑎𝑟. 𝐾−1𝑚𝑜𝑙−1

𝟑, 𝟏𝒙𝟏𝟎𝟒 = (8,31447x 𝟏𝟎−𝟐𝒙𝟔𝟕𝟑)−𝟏𝑲𝒄

Δ𝑛=2-(2+1)=-1

𝐾 = 𝑅𝑇 Δ𝑛 𝐾𝑐

𝑲𝒄 = 𝟏. 𝟕𝒙𝟏𝟎𝟔

Em uma mistura de 𝐻2, 𝐼2 𝑒 𝐻𝐼 em equilíbrio na fase de gás, em

500K, [HI]= 2,21𝑥10−3𝑚𝑜𝑙. 𝐿−1 e [𝐼2] = 1,46𝑥10−3𝑚𝑜𝑙. 𝐿−1 .

Levando em conta o valor de K= 160, calcule a concentração de

𝐻2.

𝐾 =[𝐻𝐼]2

𝐻2 [𝐼2]

160 =(2.21𝑥10−3𝑚𝑜𝑙. 𝐿−1)2

1,46𝑥10−3𝑚𝑜𝑙. 𝐿−1 [𝐻2]

[𝐻2]=2,1 x10−5𝑚𝑜𝑙. 𝐿−1

CÁLCULOS UTILIZANDO A CONSTANTE DE EQUILÍBRIO

COMO MONTAR E USAR UMA TABELA DE EQUILÍBRIO

1) Em um recipiente de 500 mL foram adicionados 3,12 g

de PCl5. A amostra atingiu o equilíbrio com os produtos de

decomposição PCl3 e Cl2 em 250°C, em que K = 78,3.

Nessa temperatura, as três substâncias são gases.

Determinar a composição da mistura no equilíbrio.

𝑷𝑪𝒍𝟓 𝒈 ⇌ 𝑷𝑪𝒍𝟑 𝒈 + 𝑪𝒍𝟐 𝒈

gases ideais!!!

𝑷𝑷𝑪𝒍𝟓 =𝒏𝑷𝑪𝒍𝟓𝑹𝑻

𝑽

V=500mL - 0,5L

R= 8,31447x 10−2 𝐿. 𝑏𝑎𝑟. 𝐾−1𝑚𝑜𝑙−1

T= 250C° - 523K

n= m/M

𝑀𝑃𝐶𝑙5=208,24 g/mol

m=3.12g


𝑲 =𝑷𝑷𝑪𝒍𝟑𝑷𝑪𝒍𝟐

𝑷𝑷𝑪𝒍𝟓

𝑷𝑷𝑪𝒍𝟓 =𝒏𝑷𝑪𝒍𝟓𝑹𝑻

𝑽=

𝟑, 𝟏𝟐 𝒈

𝟐𝟎𝟖, 𝟐𝟒 𝒈𝒎𝒐𝒍−𝟏𝒙

8,31447x 𝟏𝟎−𝟐 𝑳. 𝒃𝒂𝒓.𝑲−𝟏𝒎𝒐𝒍−𝟏 . (𝟓𝟐𝟑 𝑲)

𝟎, 𝟓𝑳=

= 𝟏, 𝟑𝟎 𝒙 𝟏𝟎𝟓 𝑷𝒂 = 𝟏, 𝟑𝟎 𝒃𝒂𝒓



𝑷𝑷𝑪𝒍𝟓(𝒊𝒏𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍) = 𝟏, 𝟑𝟎 𝒃𝒂𝒓𝑷𝑪𝒍𝟓 𝑷𝑪𝒍𝟑 𝑪𝒍𝟐

Etapa 1 – Pressão parcial inicial 1,30 0 0

Etapa 2 – Mudança na pressão parcial -x +x +x

Etapa 3 – Pressão parcial final 1,30 - x x x

𝐾 =𝑃𝑃𝐶𝑙3𝑃𝐶𝑙2𝑃𝑃𝐶𝑙5

=𝑥 . 𝑥

1,30 − 𝑥=

𝑥2

1,30 − 𝑥= 78,3 𝒙 = −𝟕𝟗, 𝟔 𝐨𝐮 𝟏, 𝟐𝟖

𝑷𝑷𝑪𝒍𝟓 = 𝟏, 𝟑𝟎 − 𝒙 = 𝟏, 𝟑𝟎 − 𝟏, 𝟐𝟖 = 𝟎, 𝟎𝟐 𝒃𝒂𝒓

𝑷𝑷𝑪𝒍𝟑 = 𝒙 = 𝟏, 𝟐𝟖 𝒃𝒂𝒓

𝑷𝑪𝒍𝟐 = 𝒙 = 𝟏, 𝟐𝟖 𝒃𝒂𝒓


2) Suponha que a mistura em equilíbrio mostrada

anteriormente seja perturbada pela adição de 0,0100 mol

de Cl2 (g) ao balão (de volume 500 mL) e que o sistema

atinja novamente o equilíbrio. Calcular a nova composição

de equilíbrio.


1) Para a reação 𝐻2(𝑔)+𝐼2(𝑔) ⇌ 2𝐻𝐼(𝑔), K= 500K. A

análise da mistura de reação em 500K mostrou que sua

composição é 𝑃𝐻2= 0,20 bar, 𝑃𝐼2 =0,10bar e 𝑃𝐻𝐼= 0,10bar.

A) Calcule o quociente da reação.

B) A mistura de reação está em equilíbrio? Caso não

esteja, a tendência é formar mais reagentes ou mais

produtos?

FIM DA AULA 1

EQUILÍBRIO IÔNICO EM SOLUÇÃO AQUOSA

Sais pouco solúveis

Ácidos e bases

Equilíbrio ácido-base

Ka, Kb e Kw

pH e pOH

Solução Tampão

aula1 equilibrio químico

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