equilíbrio químico: a coexistência de - xtudoquimica ... · 18/08/2015 2 quÍmica na abordagem...

18/08/2015

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Capítulo

23

Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos

Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

Conceito de equilíbrio químico

Colocou-se 1 mol de N2O

4 em um recipiente de 1 L,

mantido à temperatura constante de 100 ºC.

Com o passar do tempo, a coloração

castanha vai se tornando cada vez mais

intensa até atingir um momento a partir do

qual permanece constante. Uma análise

revela que, além do NO2 produzido, ainda

resta N2O

4 dentro do recipiente.


N2O

4 (g) → 2 NO4 (g)

Incolor Castanho

T empo

Coloração permanece

constante

As concentrações

permanecem constantes:

[N 2

O 4

] = 0,74

mol/L

[NO 2

] = 0,52

mol/L

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QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO


Nem a reação direta, N2O

4 2 NO

2 , nem a

inversa, 2 NO2 N

2O

4 , se processam

completamente. Ambas parecem parar em

um ponto intermediário, que é denominado

situação de equilíbrio químico.


N2O

4 (g) ⇌ 2 NO4 (g)

Incolor Castanho

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO



Equilíbrios homogêneos e heterogêneos

Equilíbrios homogêneos são aqueles em que todos os

participantes estão em uma mesma fase.

Equilíbrios heterogêneos são aqueles em que os participantes

estão em mais de uma fase.

N2O

4 (g) ⇌ 2 NO

2 (g)

CH3COOH (aq) ⇌ H+ (aq) + CH

3COO

– (aq)

Reagentes e produtos na fase gasosa

Reagentes e produtos na fase aquosa

NH4Cl (s) ⇌ NH

3 (g) + HCl (g)

Mg(OH)2 (s) ⇌ Mg

2+ (aq) + 2 OH– (aq)

Há mais de uma fase no sistema em equilíbrio (uma sólida e uma gasosa)

Há mais de uma fase no sistema em equilíbrio (uma sólida e uma aquosa)

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QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

Equacionando matematicamente o equilíbrio

Constante de equilíbrio em função das concentrações


N2O

4 (g) ⇌ 2 NO

2 (g)

v1

v1 = k1 [N2O

4]

N2O

4 (g) 2 NO

2 (g)

Reação direta

teq Tempo

N2O

4 (g) 2 NO

2 (g)

Reação inversa

teq Tempo

v2

v2 = k2 ∙ [NO2]2

teq (instante em que o equilíbrio químico é atingido)

Tempo

v

v1 = k1 ∙ [N2O

4]

v2 = k2 ∙ [NO2]2

v1 = v2 Equilíbrio químico

k1/k2 = constante denominada constante de equilíbrio em função das concentrações (KC).

v1 = v2 ⇒ k1 ∙ [N2O

4] = k2 ∙ [NO

2]2 ⇒ = = constante

k1

k2

[NO2]2

[N2O

4]

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

Significado: a uma certa temperatura fixa, quando a reação

estiver em equilíbrio químico, as concentrações de N2O

4 e

NO2 obedecem à relação que diz que o resultado do cálculo

[NO2]2 / [N

2O

4] é igual a um valor numérico fixo, KC.




N2O

4 (g) ⇌ 2 NO

2 (g)

[NO2]2

[N2O

4]

Kc =

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QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

O valor da constante de equilíbrio para uma reação, em

uma certa temperatura, não depende das concentrações

iniciais de reagentes e de produtos.




Início No equilíbrio

[N2O

4]i(mol/L) [NO

2]i (mol/L) [N

2O

4]eq(mol/L) [NO

2]eq(mol/L)

1,0 0,0 0,74 0,52 0,36

2,0 0,0 1,62 0,76 0,36

3,0 0,0 2,52 0,96 0,36

Dados para o equilíbrio N2O

4(g) ⇌ 2 NO

2 (g), a 100 oC

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO


Generalizando o conceito de KC

Representação referente a um equilíbrio homogêneo:


a A + b B ⇌ c C + d D

Supondo elementares as reações direta e inversa:

Reação direta: v1 = k1 [A]a [B]b

Reação inversa: v2 = k2 [C]c [D]d

Igualando v1 e v2 temos:

k1 [A]a [B]b = k2 [C]c [D]d ⇒ = = constante

k1

k2

[C]c [D]d

[A]a [B]b

a A + b B ⇌ c C + d D Kc =

[C]c [D]d

[A]a [B]b

Reagentes

Produtos

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QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO



Em um recipiente de 1 L são introduzidos 5,0 mol de N2O

4 que se

transformam em NO2: N

2O

4 (g) ⇌ 2 NO

2 (g). Uma vez atingido o

equilíbrio, resta no sistema 1,3 mol de reagente. Calcule KC na

temperatura desse experimento.

Início 5,0 ―

Reagiu 3,7 ―

Formou ― 7,4

No equilíbrio 1,3 7,4

Concentração inicial do reagente

Chegamos a esse valor assim:

5,0 – 1,3 = 3,7

Os locais em rosa guardam a proporção dos

coeficientes: 1 : 2

3,7 : 7,4

Concentrações que colocamos na

expressão de KC

Os locais em cinza não serão usados

N2O

4 (g) ⇌ 2 NO

2 (g)

Kc = 42

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO



Espontaneidade de uma reação

2 SO2 (g) + O

2 (g) ⇌ 2 SO

3 (g) KC = 9,9 10+25

Uma reação é tanto mais favorecida (mais espontânea), ou seja,

tende a formar maior quantidade de produto a uma certa

temperatura, quanto maior for o valor da sua constante de equilíbrio

nessa temperatura.

O numerador é 9,9 ∙ 1025 vezes maior que o denominador. No equilíbrio há

mais produto do que reagente.

= 9,9 10+25 [SO

3]2

[SO2]2 [O

2]

N2 (g) + O

2 (g) ⇌ 2 NO (g) KC = 1,0 10−30

O denominador é 1,0 ∙ 1030 vezes maior que o numerador. No equilíbrio

há mais reagente do que produto.

= 1,0 10–30 [NO]2

[N2] [O

2]

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QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO


Esquematizando


Equilíbrio químico

Concentração dos reagentes

constante

Concentração dos produtos

constante Reação direta

Reação inversa

Constante de equilíbrio Kc

Valor numérico

Reação Temperatura Não necessariamente iguais Velocidades iguais

implica implica

apresenta

tem um

com mas que depende da

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO


Esquematizando


Valor ALTO de Kc Valor BAIXO de Kc

Pouco reagente

Muito produto Muito reagente

Pouco produto

indica que no equilíbrio há

indica que no equilíbrio há

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QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO


Grau de equilíbrio ()


quantidade, em mols, que reagiu até atingir o equilíbrio

quantidade, em mols, inicial de reagente

=

=

0,26 mol

1,00 mol

= 0,26 ou = 26%

N2O

4 (g) ⇌ 2 NO

2 (g)

Situação inicial

100 oC

N2O

4

N2O

4 NO

2

1 mol de N2O

4

0,74 mol de N2O

4

0,52 mol de NO2

1 L


100 oC

1 L

0,26 mol de N

2O

4 reage

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

A constante KP possui significado análogo a KC, porém só se aplica a

equilíbrios em que haja participação de gases.

Constante de equilíbrio em função das pressões


Início No equilíbrio

(PN

2O

4

)i (atm) (PNO

2

)i (atm) (PN

2O

4

)eq (atm) (PNO

2

)eq (atm)

1,0 0,0 0,221 1,558 11

2,0 0,0 0,656 2,688 11

3,0 0,0 1,190 3,620 11

a A (g) + b B (g) ⇌ c C (g) + d D (g) KP =

(PC)c (PD)d

(PA)a (PB)

b

Reagentes

Produtos

N2O

4(g) ⇌ 2 NO

2 (g)

N2(g) + 3 H

2 (g) ⇌ 2 NH

3 (g)

KP =

(PNO

2

)2

PN

2O

4

KP =

(PNH

3

)2

(PN

2

) (PH

2

)3

Dados para equilíbrio N2O

4(g) ⇌ 2 NO

2 (g), a 100 oC

(PN

2O

4

)eq

(PNO

2

)2 eq

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QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

Deslocamento de equilíbrio

Aumentando a concentração de N2O

4, o equilíbrio se desloca para a

direita, ou seja, a reação avança um pouco no sentido de consumir

N2O

4 e formar NO

2 até que os valores das concentrações voltem a

obedecer à expressão [NO2]2/[N

2O

4] = 0,36.


Efeito da concentração

Aum

ento

da [

N2O

4]

pert

urb

a e

quilíb

rio

[ ]

A reação avança para o equilíbrio

1,5

1,0

0,5

0


O equilíbrio desloca-se

para a direita

Novo equilíbrio químico

Tempo

[NO2]

[N2O

4]

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO


Se fosse aumentada a concentração de NO2, o equilíbrio se deslocaria

para a esquerda no sentido de consumir NO2 e formar N

2O

4.

Raciocinando de modo similar, é possível concluir o que ocorreria se

retirássemos, de alguma maneira, N2O

4 ou NO

2 do sistema.

Aumentando a concentração de um participante, o equilíbrio

desloca-se no sentido do seu consumo.

Diminuindo a concentração de um participante, o equilíbrio

desloca-se no sentido da sua formação.



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QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

A foto A mostra uma solução na qual há o

equilíbrio:

com predominância dos reagentes, o que

confere cor rosa à solução.

A adição de uma solução concentrada de NaCl

(foto B) eleva a concentração de Cl− e desloca o

equilíbrio para a direita, fazendo a cor da

solução mudar para azul.



[Co(H2O)6]

2+ (aq) + 4 Cl– (aq) ⇌ [CoCl4]

2– (aq) + 6 H2O (l)

rosa

azul


SÉRG

IO D

OTTA J

R./

CID

SÉRG

IO D

OTTA J

R./

CID

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

Um aumento de pressão desloca um

equilíbrio para o lado em que há

menor volume gasoso.

Uma diminuição de pressão desloca

um equilíbrio para o lado em que há

maior volume gasoso.



N 2 O 4 (g)

NO 2 (g)

Mistura gasosa que participa do equilíbrio

N2O

4 (g) ⇌ 2 NO

2

Aumentando

o peso sobre

o êmbolo,

aumentamos

a pressão e

reduzimos

o volume

Êmbolo

1 N2O

4 (g) ⇌ 2 NO

2 (g)

1 volume

2 volumes

Efeito da pressão

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QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

Efeito da pressão

Essas conclusões são válidas para todos os equilíbrios dos

quais participem gases.

Se o volume gasoso é igual em ambos os lados da equação, o

equilíbrio químico não é afetado pela pressão.



1 H2

(g) + 1 I2 (g) ⇌ 2 HI (g)

2 volumes 2 volumes

1 H2

(g) + 1 I2 (g) ⇌ 2 HI (g)

2 volumes 2 volumes

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO


Um aumento de temperatura desloca

um equilíbrio no sentido endotérmico

(sentido que absorve o calor).


Água com gelo

Água morna

Efeito da temperatura

Uma diminuição de temperatura

desloca um equilíbrio no sentido

exotérmico (sentido que libera o calor).

Calor + N2O

4 (g)

endotérmico

exotérmico

2 NO2 (g)

∆Ho = +57,2 kJ

SÉRG

IO D

OTTA J

R./

CID

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QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

Variação de KC com a temperatura



Temperatura

Kc

Para uma reação endotérmica (∆H > 0), Kc aumenta com

o aquecimento

Para uma reação exotérmica (∆H < 0), Kc diminui com

o aquecimento

Temperatura

Kc

O aumento da temperatura provoca aumento da

constante de equilíbrio para reações endotérmicas

(H > 0) e diminuição para exotérmicas (H < 0).

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO



Variação de KC com a temperatura

[Co(H2O)6]

2+ (aq) + 4 Cl– (aq) ⇌ [CoCl4]

2– (aq) + 6 H2O (l)

rosa

azul

H > 0

Na água morna, KC é maior e o equilíbrio

está deslocado para a direita.

SÉRG

IO D

OTTA J

R./

CID

Na água gelada, KC é menor e o equilíbrio

está deslocado para a esquerda.

SÉRG

IO D

OTTA J

R./

CID

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QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

Catalisador não desloca equilíbrio. Um catalisador faz

com que um processo chegue mais rapidamente à situação

de equilíbrio químico.

O abaixamento da energia

de ativação provocado pelo

catalisador é o mesmo tanto

para a reação direta quanto

para a inversa.



Efeito do catalisador

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

Quanto maior for o valor da constante de ionização

de um ácido (Ka), maior será a força desse ácido.

A constante de basicidade é simbolizada por Kb, e para

ela valem conclusões análogas às que tiramos para Ka.

Equilíbrio químico em soluções de eletrólitos


O numerador é da ordem de 1010 vezes o denominador. Alta tendência para liberar H+.

Constante de ionização

Kc = 10+10 = [H+] [ClO

‒ ]

[HClO4]

4

HCN (aq) ⇌ H+ (aq) + CN‒ (aq) Kc = 4,9 10–10

Kc = 4,9 10–10 = [H+] ∙ [CN

‒ ]

[HCN]

O numerador é igual a 4,9 ∙ 10–10 vezes o denominador. Baixa tendência para liberar H+.

HClO4

(aq) ⇌ H+ (aq) + ClO (aq) Kc = 10+10−4HClO

4(aq) ⇌ H+ (aq) + ClO (aq) Kc = 10+10−

4

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QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO


A Lei da Diluição de Ostwald


HA (aq) ⇌ H+ (aq) + A– (aq)

Grau de ionização () de um ácido

quantidade, em mols, ionizada / V

quantidade, em mols, dissolvida / V

=

=

⇒

[H+]

♏

[H+] = ♏

Fórmula válida para solução aquosa de monoácido

HA (aq) ⇌ H+ (aq) + A

– (aq)

Início ♏ — —

Reagiu ∙ ♏ — —

Formou — ∙ ♏ ∙ ♏

No equilíbrio ♏ (1 — ) ∙ ♏ ∙ ♏

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO




Lei da Diluição de Ostwald para monoácidos

Lei da Diluição de Ostwald para monobases

Ka =

[H+] [A–]

[HA] =

∙ ♏ ∙ ♏

♏ (1– ) ⇒ Ka =

2 ♏

1–

Ka =

2 ♏

1–

Kb =

2 ♏

1–

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QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO


Para ácidos e bases fracos, é menor ou igual a 5% e o

denominador da expressão (1 ) pode ser considerado

aproximadamente 1.


Simplificação para monoácidos fracos

Simplificação para monobases fracas

Quando diluímos uma solução de ácido ou base fracos, o

valor de ♏ diminui e, em consequência, deve aumentar

para que o produto 2 ♏ permaneça constante.

Ka = 2 ♏ Kb = 2 ♏


Constante (desde que a temperatura seja fixa) K = 2 ♏

O grau de ionização aumenta...

... quando a solução é diluída.

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

Equilíbrio iônico da água: pH e pOH

Equilíbrio de autoionização da água:


Produto iônico da água

H2O (l) ⇌ H+ (aq) + OH

– (aq)

Kc = [H+] [OH

–]

[H2O]

⇒ Constante (Kw) Kc ∙ [H2O] = [H+] [OH

–]

Constante denominada produto iônico da

água e simbolizada por Kw

Kw = [H+] [OH–]

Expressão do produto iônico da água

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QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO



Produto iônico da água

Nesse contexto, definem-se:

Constante (desde que a temperatura seja fixa) Kw = [H+] [OH

–]

Altas concentrações de H+...

... correspondem a baixas concentrações de OH

–. E vice-versa.

Meio aquoso neutro: [H+] = [OH–]

Meio aquoso ácido: [H+] > [OH–]

Meio aquoso básico (ou alcalino): [H+] < [OH–]

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO


As escalas de pH e pOH

Kw = [H+] [OH] = 1,0 1014 (a 25 ºC)


Na água pura,

[H+] = 1,0 10-7 mol/L

Água pura

SÉRG

IO D

OTTA J

R/C

ID

Meio neutro: [H+] = [OH−]

Já que

[H+] = 1,0 10−7 mol/L

então

[OH−] = 1,0 10−7 mol/L

pois assim:

10−7 10-7 = 10−14

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QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO



Kw = [H+] [OH] = 1,0 1014 (a 25 ºC)


No vinagre,

[H+] = 1,0 10-3 mol/L

Vinagre

ISA C

OD

INA D

E P

ED

RO

/CID

Meio ácido: [H+] > [OH−]

Já que

[H+] = 1,0 10-3 mol/L

então

[OH−] = 1,0 10-11 mol/L

pois assim:

10-3 10-11 = 10−14

Na água sanitária,

[OH−] = 1,0 10-3 mol/L

Água sanitária

SÉRG

IO D

OTTA J

R/C

ID

Meio básico: [H+] < [OH−]

Já que

[OH−] = 1,0 10-3 mol/L

então

[H+] = 1,0 10-11 mol/L

pois assim:

10-11 10-3 = 10−14

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO



Potencial hidrogeniônico (pH) de uma solução:

pH = log[H+]

Potencial hidroxiliônico (pOH) de uma solução:

pOH = log[OH]


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QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO




Meio neutro: [H+] = 1,0 ∙ 10–7 mol/L ⇒ pH = 7 [OH

–] = 1,0 ∙ 10–7 mol/L ⇒ pOH = 7

Meio ácido: [H+] > 1,0 ∙ 10–7 mol/L ⇒ pH < 7 [OH

–] < 1,0 ∙ 10–7 mol/L ⇒ pOH > 7

Meio básico [H+] < 1,0 ∙ 10–7 mol/L ⇒ pH > 7 (ou alcalino): [OH

–] > 1,0 ∙ 10–7 mol/L ⇒ pOH < 7

[H+] [OH] = 1,0 1014 (a 25 ºC) ⇒ log [H+] + log [OH

] = –14

Multiplicando tudo por –1:

pH + pOH = 14

pH pOH

– log [H+] + – log [OH] = 14 ⇒

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO



Água pura possui pH = 7

[H+] = 10−7 mol/L


[H+] = 1,0 10−7 mol/L

pH = 7

[OH−] = 1,0 10−7 mol/L

pOH = 7 Meio neutro: [H+] = [OH

−]

SÉRG

IO D

OTTA J

R./

CID

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18

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO



Vinagre possui pH = 3

[H+] = 10−3 mol/L


[H+] = 1,0 10−3 mol/L

pH = 3

[OH−] = 1,0 10−11 mol/L

pOH = 11 Meio ácido: [H+] > [OH

−]

ISA C

OD

INA D

E F

ERRO

/CID

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO



Certo produto de limpeza possui pH = 11

[H+] = 10−11 mol/L


[H+] = 1,0 10-11 mol/L

pH = 11

[OH−] = 1,0 10-3 mol/L

pOH = 3 Meio básico: [H+] < [OH

−]

SÉRG

IO D

OTTA J

R./

CID

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QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

Hidrólise salina

Previsão do caráter ácido-básico de uma solução de sal

NaCN é um sal de ácido fraco

(HCN) e de base forte (NaOH).

Há predomínio do caráter básico

e a solução de NaCN é básica.


Solução básica

NaCN (aq)

NH4Cl é um sal de ácido forte

(HCl) e de base fraca (NH4OH).

Predomina o caráter ácido e a

solução de NH4Cl é ácida.

Solução ácida

NH4Cl (aq)

NaCl é um sal de ácido

forte (HCl) e de base

forte (NaOH). Ocorre

um “empate” entre

caráter ácido e caráter

básico e a solução de

NaCl é neutra.

Solução neutra

NaCl (aq)

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

Previsão do caráter ácido-básico de uma solução de sal

NH4CN é um sal de ácido fraco (HCN) e de base fraca (NH

4OH).

Para decidir se o meio é ácido ou básico, consulta-se Ka e Kb:

Hidrólise salina


Solução básica

NH4CN (aq)

Ka = Kb

Ka > Kb

Ka < Kb

Sol. ácida

Sol. básica

Sol. neutra

Ka = 4,9 ∙ 10–10

Kb = 1,8 ∙ 10–5

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QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

Hidrólise salina

O conceito de hidrólise salina


É o processo em que o cátion e/ou ânion proveniente(s) de

um sal reage(m) com a água. Apenas cátions de base fraca

e ânions de ácido fraco sofrem hidrólise apreciável.

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

Hidrólise salina

CN− (aq) reage com a água e recebe um íon H+ dela

proveniente, originando HCN (aq), um ácido fraco.

Solução básica

NaCN (aq)

CN− (aq) + HOH (l) ⇌ HCN (aq) + OH

− (aq) Meio básico (OH–)

Essa equação representa a hidrólise do íon CN−



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QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

Hidrólise salina


NH4

+ (aq) reage com a água e recebe um íon OH− dela

proveniente, originando NH4OH (aq), uma base fraca.

NH4

+ (aq) + HOH (l) ⇌ NH4OH (aq) + H+ (aq) Meio ácido (H+

)

Essa equação representa a hidrólise do íon NH4

+.

Solução ácida

NH4Cl (aq)


QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

As concentrações dos sólidos presentes no equilíbrio não

figuram explicitamente na expressão matemática de KC.

Equilíbrios heterogêneos: análise matemática


K’c = [Fe]2 ∙ [CO

2]3

[Fe2O

3] ∙ [CO]3

⇒ K’c ∙ [Fe

2O

3]

[Fe]2 =

[CO

2]3

[CO]3

Três constantes que resultam numa nova

constante (Kc)

Fe2O

3 (s) + 3 CO (g) ⇌ 2 Fe (s) + 3 CO

2 (g)

Logo temos:

Fe2O

3 (s) + 3 CO (g) ⇌ 2 Fe (s) + 3 CO

2 (g) ⇒ Kc =

[CO

2]3

[CO]3

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QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

Equilíbrios heterogêneos: análise matemática

Outros exemplos:


2 Pb(NO3)

2 (s) ⇌ 2 PbO (s) + 4 NO

2 (g) + O

2 (g) Kc = [NO

2]4 ∙ [O

2]

NH3 (g) + HCl (g) ⇌ NH

4Cl (s) Kc =

1

[NH3] ∙ [HCl]

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

A adição ou retirada de participante sólido não desloca

um equilíbrio.

Deslocamento de equilíbrios heterogêneos


Fe2O

3 (s) + 3 CO (g) ⇌ 2 Fe (s) + 3 CO

2 (g)

Esse equilíbrio não é afetado por variações de pressão.

O aquecimento desloca no sentido endotérmico e o

resfriamento no sentido exotérmico.

Fe2O

3(s) + 3 CO (g) ⇌ 2 Fe (s) + 3 CO

2(g)

3 volumes de gás 3 volumes de gás

Fe2O

3(s) + 3 CO (g) ⇌ 2 Fe (s) + 3 CO

2(g)

3 volumes de gás 3 volumes de gás

18/08/2015

23

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

Solubilidade

Os tipos de soluções


Temperatura constante em 20 oC

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

Solubilidade

A solubilidade do KCl é de 34,0 g/100 g H2O a 20 ºC.


Essas duas soluções são idênticas. A fase sólida não faz parte da solução, pois solução é uma

mistura homogênea

Têm concentração igual à solubilidade, nesta

temperatura.

Tem concentração inferior à

solubilidade, nesta temperatura.

KCl

dissolvido 34,0 g

KCl

dissolvido 30,0 g

KCl

dissolvido 34,0 g

KCl sólido constitui o corpo de fundo (ou corpo de chão)

100 g de H2O (20 oC)

Solução saturada (com corpo de fundo)

100 g de H2O (20 oC)

Solução saturada (sem corpo de fundo)

100 g de H2O (20 oC)

Solução não saturada (ou insaturada)


18/08/2015

24

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

Solubilidade

A solubilidade do KCl é de 34,0 g/100 g de H2O a 20 ºC.


40 oC 20 oC 20 oC

KCl

dissolvido 40,0 g

KCl

dissolvido 40,0 g

KCl

dissolvido 34,0 g

KCl não dissolvido

6,0 g Solução saturada

(com corpo de fundo)

Solução supersaturada Solução saturada (sem corpo de fundo)

Introdução de um cristal KCl

Resfriamento lento


QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

Solubilidade

A solubilidade do KCl é de

34,0 g/100 g de H2O a 20 ºC.

Solução em equilíbrio com

corpo de fundo é

necessariamente saturada.


Solubilidade e equilíbrio químico

KCl dissolvido

34,0 g

Solução saturada

K+ (aq) Cl

− (aq)

40 g de KCl adicionados a 100 g de água a 20 ºC

KCl sólido

6,0 g

Corpo de fundo

KCl (s) ⇌ K+ (aq) + Cl– (aq)

Corpo de fundo Solução saturada

SÉRG

IO D

OTTA J

R./

CID

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25

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

Solubilidade

Curvas de solubilidade

Um gráfico que relacione solubilidade e temperatura é

chamado de curva de solubilidade.


QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

Solubilidade

Solubilidade e temperatura


Solu

bilid

ade

Temperatura

KCl

KCl (aq) Aquecimento

KCl (s)

KCl (aq)

KCl (s)

Note que, com o aquecimento, a quantidade de KCl no corpo de chão diminui.

KCl (s) K+ (aq) + Cl

– (aq) ∆H > 0 endotérmico

O aquecimento desloca para a direita

O aquecimento aumenta a solubilidade do KCl

18/08/2015

26

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

Solubilidade

Solubilidade e temperatura


Li2CO

3

Solu

bilid

ade

Temperatura

Li2CO

3 (s) Li

+ (aq) + CO

2– (aq) ∆H < 0 endotérmico

O aquecimento desloca para a esquerda

O aquecimento diminui a solubilidade do Li2CO

3

3

Note que, com o aquecimento, a quantidade de Li

2CO

3

no corpo de chão aumentou. Li

2CO

3 (aq) Aquecimento

Li2CO

3 (s)

Li2CO

3 (aq)

Li2CO

3 (s)

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

Produto de solubilidade


Produto de solubilidade (PS, KPS ou KS) é o nome dado à

constante de equilíbrio para um processo do tipo:

sólido iônico ⇌ solução saturada

Solução saturada em equilíbrio com o corpo de chão.

BaSO4

(s)

4

SO2– (aq)

Ba2+ (aq)

BaSO4

(s) ⇌ Ba2+ (aq) + SO (aq) Kc = [Ba2+] ∙ [SO ]2‒4

Solução saturadaSólido iônico

2‒4

Solução saturada em equilíbrio com o corpo de chão.

BaSO4

(s)

4

SO2– (aq)4

SO2– (aq)

Ba2+ (aq)

BaSO4

(s) ⇌ Ba2+ (aq) + SO (aq) Kc = [Ba2+] ∙ [SO ]2‒4


2‒4

BaSO4

(s) ⇌ Ba2+ (aq) + SO (aq) Ks = [Ba2+] ∙ [SO ]


2‒4

2‒4

BaSO4

(s) ⇌ Ba2+ (aq) + SO (aq) Ks = [Ba2+] ∙ [SO ]


2‒4

2‒4

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27

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO


“Solubilidade” (S) é o nome dado à

máxima quantidade de soluto dissolvida de

modo estável em uma certa quantidade

de solvente.

“Produto de solubilidade” (Ks) é a

denominação de uma constante de equilíbrio.

BaSO4 (s)

4 SO

2– (aq)

Ba2+

(aq)

S mols do sal BaSO4 se

encontram dissolvidos por litro de solução

Ks = produto de solubilidade

S = solubilidade (em mol/L)


A concentração dos íons Ba2+ e SO pode ser

calculada em função de S e substituída na

expressão de KS. Assim, encontramos uma

relação entre S e KS.

2‒ 4

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO



Início Quantidade inicial ― ―

Reagiu 1 S ― ―

Formou ― 1 S 1 S

No equilíbrio “Sobra” S S

Não nos interessa saber quanto sobra, pois sólido não entra na constante de equilíbrio

Ks = [Ba2+

] ∙ [SO ] = S ∙ S ⇒ Ks = S22‒4

Ks = [Ba2+

] ∙ [SO ] = S ∙ S ⇒ Ks = S22‒4

BaSO4 (s) ⇌ Ba2+ (aq) + SO2− (aq)

4BaSO

4 (s) ⇌ Ba2+ (aq) + SO2− (aq)

4

18/08/2015

28

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO




Reagiu 1 S ― ―

Formou ― 1 S 2 S

No equilíbrio “Sobra” S 2 S

PbCl2 (s) ⇌ Pb2+ (aq) + 2 Cl

— (aq)

Ks = 4 S3 Ks = [Pb

2+] [Cl‒]2 = S (2S)2


Reagiu 1 S ― ―

Formou ― 1 S 3 S

No equilíbrio “Sobra” S 3 S

Al(OH)3 (s) ⇌ Al3+ (aq) + 3 OH

− (aq)

Ks = 27 S4 Ks = [Al

3+] [OH‒]3 = S (3S)3

QUÍMICA

NA ABORDAGEM

DO COTIDIANO

FIM

ANOTAÇÕES EM AULA

Autores: Eduardo Leite do Canto e Francisco Miragaia Peruzzo

Editores: André Jun, Fabiana Eiko S. Asano e Paula Yumi Hirata

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