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Equilíbrio químico é o estado da reação em que a velocidade na qual os produtos são formados a partir dos reagentes é igual à velocidade na qual os reagentes são formados a partir dos produtos.

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Temos a reação abaixo, que ilustra como o equilíbrio é atingido:

A(G) B(G)

Reação direta: A (G) B(G) vd = kd [A]

Reação inversa: B (G) A(G) vi = ki [B]

Com kd e ki constantes de velocidade para as reações direta e inversa

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Para substâncias gasosas, podemos usar a equação do gás ideal para converter concentração em pressão

Logo,

Para as substâncias A e B, portanto,

Reação direta: Vd =kd.Pa/RT

Reação inversa: Vi= ki.Pb/ RT

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Pre

ssão

par

cial

Tempo

A reage forma B

Pa Pb

Tempo

Vel

ocid

adePa

Pb

vd

vi

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No equilíbrio, vd = vi. Logo:

Como o equilíbrio é estabelecido, Pa e Pb não mais variam. O resultado é uma mistura em equilíbrio de A e B. Mas mesmo em equilíbrio, A e B continuam a reagir. O equilíbrio é dinâmico. No equilíbrio não existe variação líquida em suas quantidades.

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Uma importante reação química é a síntese da amônia, a partir de nitrogênio

e hidrogênio:

N2(G) + 3H2(G) 2NH3(G)

Essa reação é a base do Processo de Haber para sintetizar a amônia

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Tomando o Processo de Haber como exemplo, se variarmos sistematicamente as quantidades relativas dos gases na mistura de partida e analisarmos as misturas de gases no equilíbrio, podemos determinar a relação entre as pressões parciais no equilíbrio.

A Lei de ação da massa expressa a relação entre as concentrações dos reagentes e produtos presentes no equilíbrio em qualquer reação.

aA +bB cC + dD De acordo com a Lei de massa, a condição de equilíbrio é expressa por:

keq = (Pc)c.(Pd)d / (Pa)a.(Pb)b

Com os reagentes e produtos na fase gasosa8/32

De acordo com a Lei de ação da massa, a condição de

equilíbrio é expressa por:

Com os reagente e produtos na fase gasosa

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Variação nas pressões parciais em direção ao equilíbrio.

Para N2 + 3 H2 2NH3 . O equilíbrio é

atingido começando com o H2 e N2

na proporção de 3:1 no primeiro caso. O equilíbrio é atingido começando com NH3

no segundo caso

Quando os reagentes e produtos estão todos em uma mesma solução, a condição de equilíbrio é expressa pelo mesmo tipo de equação, mas com concentrações em quantidade de matéria:

Essa é uma relação chamada de expressão da constante de equilíbrio. Keq é a constante de equilíbrio, obtida pelas expressões anteriores.

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Ordem de grandeza das constantes de equilíbrio

aA +bB cC + dD

Se :k>>1: equilíbrio encontra-se à direita; predominam os produtos

k<<1: equilíbrio encontra-se à esquerda; predominam os reagentes

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O sentido da equação química e Keq

O sentido no qual escrevemos uma reação química para um equilíbrio é arbitrário. Por exemplo, o equilíbrio N2O4 – NO2, como:

N2O4(g) NO2(g) Para essa equação, temos:

Keqd . Keqi = 6,46 . 0,155 = 1

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Manipulando os valores de Keq

1. A constante de equilíbrio de uma reação no sentido inverso é o inverso da constante de equilíbrio no sentido direto;

2. A constante de equilíbrio de uma reação multiplicada por um número é a constante de equilíbrio elevada à potência igual àquele número;

3. A constante de equilíbrio para uma reação líquida montada em duas etapas é o produto das constantes de equilíbrio para as etapas individuais.

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Em muitos equilíbrios, quando todas as substâncias estão numa mesma fase, o equilíbrio é chamado de equilíbrio homogêneo. Caso as substâncias estejam em diferentes fases, o equilíbrio é chamado de equilíbrio heterogêneo.

No caso do heterogêneo, o cálculo da constante de equilíbrio é feito da mesma forma que o homogêneo, mas excluindo os sólidos e os líquidos puros da expressão da constante. Ou seja, só se representa a parte homogênea.

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Resumindo:1. As pressões parciais dos gases são substituídas na expressão da constante de equilíbrio.

2. As concentrações molares das espécies dissolvidas são substituídas na expressão da constante de equilíbrio.

3. Os sólidos puros, os líquidos e os solventes não são incluídos na expressão da constante de equilíbrio.

Aplicando essas regras à decomposição do carbonato de cálcio:

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

Obtém-se a expressão da constante de equilíbrio:

Keq = PCO215/3

2

CaO CaCO3

CaO CaCO3

A decomposição do CaCO3 é um equilíbrio heterogêneo. À mesma temperatura, a pressão de CO2 é igual nos dois recipientes, mesmo que as quantidades relativas de CaCO3 e CaO sejam diferentes entre si.

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Geralmente não se sabe as concentrações no equilíbrio de todas as espécies químicas em um equilíbrio, mas se tivermos a concentração no equilíbrio de no mínimo uma espécie, podemos geralmente usar a estequiometria da reação para deduzir as concentrações no equilíbrio das outras espécies na equação química.

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Usa-se o seguinte procedimento para se fazer isso:

• Tabelar as concentrações iniciais e no equilíbrio de todas as espécies na expressão da constante de equilíbrio.

• Para as espécies que tanto a concentração inicial quanto a do equilíbrio são conhecidas, calcula-se a variação na concentração que ocorre à medida que o sistema atinge o equilíbrio.

• Usa-se a estequiometria da reação (coeficientes na equação química balanceada) para calcular as variações para todas as outras espécies no equilíbrio.

• A partir das concentrações iniciais e das variações na concentração, calculam-se as concentrações no equilíbrio. Estas são usadas para avaliar a constante de equilíbrio.

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Determinando o sentido de reação

Quando substituímos as pressões parciais ou concentrações dos produtos e reagentes na expressão da constante de equilíbrio, o resultado é conhecido como quociente da reação, representado pela letra Q.

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Q < Keq: reação caminha da esquerda para a direita;

Q = Keq: sistema em equilíbrio e não tende a variar;

Q > Keq: reação caminha da direita para a esquerda;

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No desenvolvimento para a produção de amônia, Haber buscou os fatores que poderiam ser variados para aumentar o rendimento de NH3. Usando os valores da constante de equilíbrio a várias temperaturas, ele calculou as quantidades de NH3 formadas no equilíbrio sob várias condições.

A porcentagem de NH3 presente no equilíbrio diminui com o aumento da temperatura e aumenta com o aumento da pressão.

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O princípio de Le Châtelier pode ser exposto como segue:

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.

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Efeitos da variação de concentrações

Se um sistema químico está em equilíbrio e adicionarmos uma substância (reagente ou produto), a reação de deslocará de tal forma a restabelecer o equilíbrio pelo consumo de parte da substância adicionada.

Mas se um sistema que está em equilíbrio e removemos uma substância, a reação se deslocará de tal forma a produzir mais daquela substância.

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N2(G) + 3H2(G) 2NH3(G)

Efeitos das variações de volume e pressão

Se aumentarmos a pressão ou (diminuirmos o volume), o equilíbrio se deslocará no sentido de menor volume gasoso. Caso contrário o equilíbrio se deslocará no sentido de maior volume gasoso.

DIMINUIÇÃO DA PRESSÃO

C(S) + H2O(G) CO(G) + H2(G)

AUMENTO DA PRESSÃO

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Efeito das variações de temperatura

Um aumento da temperatura desloca o equilíbrio no sentido endotérmico e uma diminuição da temperatura desloca o equilíbrio no sentido exotérmico.

Endotérmica: • Reagentes + calor produtos • Aumento de T resulta em aumento de Keq

Exotérmica: • Reagentes produtos + calor• Aumento de T resulta em diminuição de Keq

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AUMENTO DE TEMPERATURA

Co(H2O6)62+

(aq) + 4 HCl(aq) CoCl42- +6 H2O(l) ΔH>0 rosa – claro azul – escuro

DIMINUIÇÃO DE TEMPERATURA

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A temperatura ambiente, tanto os íons rosa Co(H2O6)6

2+ quanto os azuis CoCl42- estão presentes em quantidades significativas, resultando a cor violeta à solução.

O aquecimento da solução desloca o equilíbrio para a direita, formando mais CoCl42- azul.

O resfriamento da solução desloca o equilíbrio para a esquerda, formando mais Co(H2O6)6

2+ rosa.

A temperatura ambiente:

violeta

Aquecido: azul Resfriado : rosa

Efeito do catalisador

O catalisador diminui a energia de ativação da reação direta na mesma proporção que a energia da reação inversa. Consequentemente, o catalisador aumenta a velocidade na qual o equilíbrio é atingido, mas não a composição da mistura no equilíbrio. O valor da constante de equilíbrio para uma reação não é afetado pela presença do catalisador.

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Processo de Haber

O Processo de Haber é, com certeza, um dos mais importantes papéis do equilíbrio químico. Consiste na fixação do nitrogênio, que é a conversão de N2 e H2 em NH3. Sua importância se deve ao uso da amônia como fertilizante na agricultura.

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O processo desenvolvido para sintetizar a amônia requer o uso de temperaturas e pressões bastante altas, de aproximadamente 500°C e 200 atm.

Remoção do odor característico do peixe

O cheiro do peixe é causado por um composto de fórmulaCH3 – NH3, chamado metilamina, proveniente da decomposição de certas proteínas do peixe. Esse composto é uma base, parecida com o NH3 .

CH3-NH3 + H2O CH3-NH3+ + OH-

O limão e o vinagre são ácidos e neutralizam os íons OH- , o que fará o equilíbrio se deslocar no sentido de produzir o OH- perdido, reduzindo a quantidade de metilamina e consequentemente, o cheiro de peixe.

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Lentes Fotocromáticas: a tecnologia fotossensível

Essas lentes contêm corantes fotossensíveis que fazem com que a lente seja escurecida quando exposta aos raios ultravioleta. Quando a luz ultravioleta diminui, as lentes clareiam novamente. À medida que as condições de luz ao ar livre mudam, o nível de escurecimento se ajusta, criando o nível certo de tonalidade e permitindo a quantidade certa de luz entrar nos olhos. A reação é semelhante à do nitrato de prata numa emulsão fotográfica. A diferença é que nas lentes a reação é reversível, ou seja, longe do sol, tornam a clarear.

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• Química: A Ciência Central – Brown, Lemay, Bursten 9ª edição

• Química: Físico-química – Martha Reis, 1ª edição

• Site Lentes Transition: http://pt-la.transitions.com/

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