Equilíbrio Químico

É uma reação reversível na qual a velocidade da reação direta é igual à velocidade da reação

inversa.

CLASSIFICAÇÃO DAS REAÇÕES

Uma reação química diz-se completa quando leva ao esgotamento de pelo

menos um dos reagentes.

Uma reação química diz-se incompleta quando no final existe

uma mistura de todos os reagentes e de todos os produtos da reação.

Reações irreversíveis são reações em que, mesmo em sistema fechado, os produtos da reação não reagem entre

si para regenerar os reagentes.

Reações reversíveis são reações em que, em sistema fechado, os produtos

da reação reagem entre si regenerando os reagentes.

CLASSIFICAÇÃO DAS REAÇÕES

Nas reações reversíveis coexistem as reações direta em que os reagentes

originam os produtos de reação e inversa em que os produtos de reação regeneram

os reagentes.

Reação direta e reação inversa

Reação direta

Reação inversa A e B - são os reagentes; C e D - são os produtos da reação; a, b, c, d - são os coeficientes estequiométricos; Vd - é a velocidade da reação direta; Vi - é a velocidade da reação inversa.;

Convenções usadas na representação das reações direta e inversa.

Reação direta ou

Sentido direto da reação

Reação inversa ou

Sentido inverso da reação

Transformação

representada na equação

química com a seta a

apontar para a direita:

Transformação representada

na equação química com a

seta a apontar para a

esquerda:

Reagentes do lado esquerdo

e produtos da reação do

lado direito.

Produtos da reação do lado

esquerdo e reagentes do

lado direito.

Velocidade das reações no equilíbrio

No equilíbrio a velocidade da reação direta é igual à velocidade da reação inversa.

No equilíbrio químico não há alteração das propriedades macroscópicas (pressão, volume, temperatura, cor…) do sistema reacional.

V1 – velocidade da reação direta. V2 – velocidade da reação inversa.

Velocidade das reações no equilíbrio

No início existe um maior número de choques entre as moléculas dos reagentes (estão em maior quantidade) por isso a velocidade da reação direta é máxima e a velocidade da reação inversa é nula.

À medida que a reação prossegue, diminui o número das moléculas dos reagentes e aumenta o número de moléculas dos produtos da reação, logo a velocidade da reação direta diminui e a velocidade da reação inversa vai

De acordo com a teoria das colisões:

Velocidade das reações no equilíbrio

Há situações em que a concentração dos reagentes e dos produtos da reação se mantém constante mesmo em sistema aberto – o sistema está num estado estacionário

Formação e decomposição do ozono

Concentração das espécies reacionais

Reação direta: • Começa a desenrolar-se logo no início; • A rapidez vai diminuindo à medida que diminui a quantidade de reagentes.

Reação inversa: • Ocorre logo que se começam a formar os produtos; • A sua rapidez aumenta progressivamente.

Em determinado instante a rapidez da reação direta e inversa igualam-se tornando-se constantes as concentrações de cada espécie química.

Concentração das espécies reacionais

As variações de concentração tornam-se cada vez menos acentuadas; Por fim, a concentração de todas as espécies químicas fica constante o que significa que se atingiu o equilíbrio químico.

EQUILÍBRIO

QUÍMICO

A reação direta e a

reação inversa

continuam a ocorrer

com igual velocidade.

A concentração das

substâncias presentes

mantém-se constante.

Não há mudanças

observáveis nas propriedades

macroscópicas do sistema

(cor, pressão, temperatura…

EQUILÍBRIO QUÍMICO

Evolução do sistema para o estado de equilíbrio

Características do equilíbrio químico

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

A reação de síntese do amoníaco também atinge o equilíbrio químico em sistema fechado.

Quando todos os reagentes e produtos estão na mesma fase temos um equilíbrio químico homogéneo.

Curvas de variação das concentrações dos reagentes e dos produtos de reação em função do tempo

Evolução temporal das concentrações de H2, N2 e NH3, partindo de uma situações em que N2 e H2 têm o dobro da concentração de NH3.

Evolução temporal das concentrações de H2, N2 e NH3, partindo de uma situações em que existe apenas NH3 no vaso reacional.

Há uma infinidade de estados de

equilíbrio que se podem obter a partir

de diferentes concentrações iniciais.

EQUILIBRIO QUÍMICO

CO (g) + H2O (g) CO2 (g) + H2 (g)

Uma das reações associadas ao processo Haber-Bosch envolve a conversão de monóxido de carbono em dióxido

de carbono e hidrogénio.

Era ótimo que esta reação fosse completa mas à medida que se forma CO2 e H2 estes reagem entre si formando CO e H2O.

Aspetos quantitativos do equilíbrio químico

Este quociente é constante e é designado constante de equilíbrio.

Da análise da tabela conclui-se que para uma dada reação pode haver uma infinidade de estados de equilíbrio;

As quantidades das substâncias

presentes no equilíbrio dependem das quantidades iniciais de reagentes;

À mesma temperatura e para uma

mesma reação há uma relação que se mantém constante – a constante de

equilíbrio, Ke.

Constante de Equilíbrio

Constante de equilíbrio

|A|e – valores de concentração da espécie química A, no

equilíbrio, em mol/dm3.

Kc – constante de equilíbrio em concentração (adimensional)

a, b, c, d – são os coeficientes estequiométricos

aA + bB cC + dD

a b

d c

Num sistema em equilíbrio químico é constante a razão entre o produto das

concentrações dos produtos da reação e o produto da concentração dos

reagentes, elevados aos respetivos coeficientes estequiométricos

Constante de Equilíbrio

Lei de Guldberg e Waage

Características da Constante de Equilíbrio

I. Para uma dada reação, mantendo constante a temperatura, Ke, é sempre a mesma e não depende da concentração inicial dos reagentes;

II. O valor da constante de equilíbrio depende da natureza da reação e da temperatura;

III.Para uma mesma temperatura, a constante de equilíbrio de uma dada reação é sempre a mesma;

IV. Ainda que à mesma temperatura Ke varia muito de reação para reação.

Exemplo de um equilíbrio químico

Relação entre a extensão da reação e o KC

A reação é muito extensa

A reação é pouco extensa

A extensão da reação direta é muito superior à extensão da reação inversa.

A extensão da reação inversa é muito superior à extensão da reação direta.

Relação entre a extensão da reação e KC

Reação Concentração de

reagentes e produtos

Valor de Kc

Muito extensa No equilíbrio a

concentração de produtos é

muito maior que a

concentração de reagentes.

Elevado.

Pouco extensa No equilíbrio a

concentração de produtos é

muito menor que a

concentração de reagentes.

Reduzido.

Características do equilíbrio químico

A constante de equilíbrio da reação inversa é o inverso da constante de equilíbrio da reação direta.

Reação incompleta Kc não é elevado

Reação completa Kc é muito elevado

Nesta situação os coeficientes estequiométricos são iguais a 1.

Neste sistema reacional o reagente consome-se totalmente. Trata-se de uma reação irreversível.

Neste sistema reacional atinge-se o estado de equilíbrio ao fim de aproximadamente 80 s. A partir desse instante, as concentrações de A e de B não variam.

Exercício 1

O monóxido de carbono e o hidrogénio reagem de acordo com a

seguinte equação:

CO (g) + 3 H2 (g) CH4 (g) + H2O (g)

Quando 1,000 mol de CO e 3,000 mol de H2 reagem num

balão de 10,0 dm3 a uma temperatura de 927 ºC e

atingem o equilíbrio, a mistura em equilíbrio contém

0,387 mol de H2O.

Qual a composição molar da mistura em equilíbrio, ou

seja, que quantidade de cada substância está presente na

mistura em equilíbrio?

Exercício 2

Num recipiente fechado introduziram-se 1,00 mol de H2 (g) e

1,00 mol de I2 (g).

Aqueceu-se a mistura e verificou-se que, quando se atingiu o

equilíbrio, 80% do iodo tinha sido consumido.

Qual a composição da mistura no equilíbrio?

H2 (g) + I2 (g) 2 HI (g)