resumo equilÍbrio quÍmico

Qumica Analtica Nlia Lima

1 Equilbrio Qumico

FACULDADE ESTCIO DO RECIFE CURSO: FARMCIA DISCIPLINA: QUMICA ANALTICA QUALITATIVA PROF.: NLIA LIMA

EQUILBRIO QUMICO

A situao em que as concentraes de todos os reagentes e produtos no se alteram com o tempo o

equilbrio qumico. O equilbrio qumico se estabelece quando as reaes opostas avanam com velocidades iguais. A

velocidade em que os reagentes formam produtos igual velocidade em que os produtos regeneram os reagentes.

Para haver equilbrio, no podem escapar do sistema nem os produtos, nem os reagentes.

Figura 1 Comportamento dos reagentes e produtos com o passar do tempo.

Graficamente o equilbrio pode ser representado como mostrado na figura 1, a partir da linha tracejada nota-se

que no h alteraes no curso da linha que define o comportamento da substncia. A reao 24 22 est

representada graficamente com consumos diferentes de reagente e formao de produto diferentes tambm, o que

quer dizer que a maneira como a reao conduzida muda o ponto de equilbrio evidenciando constantes de equilbrio

diferentes.

Para entender o grfico, a curva que representa os reagentes sempre comea com uma grande quantidade e

conforme acompanhamos a linha de evoluo do tempo (para a direita) a quantidade vai diminuindo. Por outro lado, a

curva que comea em zero, se analisada na evoluo da linha do tempo mostra um comportamento crescente

indicando aumento na quantidade, ou seja, trata-se de uma curva de produtos. Na figura 2 a seguir encontra-se um

grfico genrico para uma reao qualquer.


2 Equilbrio Qumico

Conceito de equilbrio

Considere a reao direta e a reao inversa

. A medida que A reage e forma o composto B, a

concentrao de A diminui e a de B aumenta. Com a diminuio de [A], a velocidade da reao direta diminui como

mostra a figura 1, e com o aumento de [B] a velocidade da reao inversa aumenta. O sistema reacional acaba por

atingir um ponto em que as velocidades da reao direta e da reao inversa so iguais e os compostos A e B ficam

em equilbrio. Portanto:

[] = []

=

A configurao [A] refere-se concentrao da substncia A (idem para a substncia B).

Reordenando as igualdades da velocidade, podemos escrever:

[]

[]= =

Onde kD e kI so as constantes de reao relacionadas cada reao direta e inversa respectivamente.

A constante de equilbrio

O processo Haber consiste na reao entre os gases N2 e H2, num reator com controle de presso e temperatura, na

presena de catalisador apropriado. Nessas condies os dois gases se combinam e formam a amnia (amonaco

NH3), no entanto a reao no leva ao consumo completo dos dois reagentes. Num certo ponto, a reao parece

terminar, com os trs componentes constituindo a mistura reacional. Na figura 2 a seguir, encontra-se um esquema

simplificado do que ocorre na formao do NH3.

Expresso da constante de equilbrio

A constante de equilbrio depende do conhecimento da equao qumica balanceada, assim por exemplo na

reao de obteno da amnia: 2() + 32() 23() a expresso da constante de equilbrio fica:

=[3]

2

[2][2]3

Na expresso da constante de equilbrio em funo das concentraes Kc, os coeficientes marcados em cinza na

equao qumica, sero expoentes da expresso e que influenciar na determinao do valor de Kc, portanto muito

importante observar se a equao encontra-se balanceada.

Controle de Presso

Controle de Temperatura

Presena em equilbrio dos

reagentes e produto formados

neste ponto qualquer alterao

da presso e temperatura podem

resultar em uma maior

quantidade de produto formado

ou formao dos reagentes

desfavorecendo a formao da

amnia.

Como o objetivo a formao da

amnia, os gases que no

reagiram so bombeados para o

incio do processo.


3 Equilbrio Qumico

Outro fato que deve ser lembrado que apenas solues aquosas (indicadas na reao como (aq)) e gases

podem participar da expresso de Kc.

Constante de equilbrio em termos das Presses, Kp (apenas para reaes que envolvem gases)

Para as reaes exclusivamente gasosas, cujas concentraes dos gases difcil de obter, podemos escrever a

constante de equilbrio em funo das presses parciais dos gases. Neste caso a expresso da constante de equilbrio

em funo das presses, Kp, fica:

= 32

223

Neste caso, os coeficientes da equao balanceada sero expoentes dos valores de presso de cada gs.

Exemplo:

1. A 900K, a constante de equilbrio Kp, da seguinte reao:

22() + 2() 23()

VALE 0,345. Numa mistura em equilbrio, a presso parcial do SO2 0,215atm e a do O2 0,679atm. Qual a presso

parcial do SO3 na mistura em equilbrio?

Resposta:

A reao envolve apenas substncias no estado gasoso e como foram dadas as presses, a expresso da constante

de equilbrio fica em termos de presso, Kp.

= 32

22 2

Foram dados:

Kp = 0,345

P(SO2) = 0,215atm

P(O2) = 0,679atm

Substituindo na expresso de Kp:

0,345 = 32

0,2152. 0,679

0,345 = 32

0,046 . 0,679

0,345 = 32

0,0314

32 = 0011

3 = 0,011

3 = 0,104


4 Equilbrio Qumico

2. A 100C, a reao

22() 2() + 2()

Tem Kc = 0,078, Na mistura dos trs gases em equilbrio, a 100C, as concentraes do SO2Cl2 e do SO2 so 0,136M,

respectivamente. Qual a [Cl2] na mistura em equilbrio?

Resposta: [Cl2] = 0,15M

O valor da constante de equilbrio

Vamos tomar como exemplo a reao de sntese de Haber 2() + 32() 23() cuja

expresso da constante de equilbrio fica: =[3]

2

[2][2]3, digamos que a uma certa temperatura o valor calculado

de Kc seja igual a 4,57 x 109. Para que a constante de equilbrio tenha este valor to grande (lembre-se que uma

potncia de 109 significa que a vrgula pode ser deslocada nove casas para a direita deixando o nmero realmente

grande 4570000000) preciso que o valor de [3]2 deve ser muito maior que o valor da multiplicao

[2][2]3. Podemos aqui, pensar que a mistura dos trs gases em equilbrio constituda praticamente de 3.

Neste caso, dizemos que o equilbrio deslocado para a direita, isto , no sentido direto da reao formao de

produto. Caso esse nmero fosse menor que 1 (um) no equilbrio qumico da mistura estaria presente uma maior

quantidade de reagentes, deslocando o equilbrio da reao para a esquerda sentido inverso da reao.

Podemos definir de forma simplificada que:

Kc >> 1 favorece a reao direta e o equilbrio est deslocado para a direita formao dos produtos.

Kc


5 Equilbrio Qumico

Onde represente a constante da reao inversa e tambm pode ser calculada por:

=

1

Equilbrios heterogneos

Muitos equilbrios, tambm importantes, as substncias em equilbrio esto em fases diferentes, e proporcionam o

equilbrio heterogneo. Como exemplo, vejamos a decomposio do carbonato de clcio.

3() () + 2()

Como podemos observar, nesta equao h duas substncias no estado slido (sinalizadas por (s)) e deve-se ter em

mente que no possvel determinar a concentrao de um slido puro ou lquido puro por tratar-se da mesma

substncia ao longo de sua extenso, diferente de uma soluo aquosa que contm gua como solvente e partculas

de um soluto dispersas. Para o caso de solues, possvel determinar quanto de soluto tem e determinar uma

concentrao [A] e no caso de gases, possvel estimar no somente sua concentrao como tambm a presso que

os mesmos provocam se estiverem em grandes ou pequenas quantidades.

Se um slido puro ou um lquido puro estiver envolvido num equilbrio heterogneo, a sua concentrao no figura na

expresso da constante de equilbrio.

Assim, para a decomposio do carbonato de clcio, a expresso de Kc, fica:

= [2]

Exemplo:

4. Escreva a expresso de Kc e Kp para cada reao seguinte:

a. 2() + 2() () + 2()

b. 2() + 2() () + 22()

c. () + 22() 4()

Resposta

(a) As expresses para Kc e Kp ficam:

= []

[2][2] =

22

Como a gua H2O figura na reao como lquido puro, a sua concentrao no aparece em qualquer das duas

expresses do equilbrio.

(b) As expresses para Kc e Kp, ficam:

= [2]

2

[]2 =

22

2

Como o SnO e o Sn so slidos puros, as respectivas concentraes no aparecem em qualquer das duas expresses

da concentrao em equilbrio.


6 Equilbrio Qumico

(c) As expresses para Kc e Kp, ficam:

=1

[2]2 =

1

22

Neste caso, como o produto um lquido puro, o TiCl4 no aparece nas expresses Kc e Kp. Do lado dos reagentes,

o Ti(s) tambm no deve compor as expresses de Kc e Kp.

Clculo da constante de equilbrio

Considere o exemplo:

5. Uma mistura de hidrognio e nitrognio num vaso de reao fechado, atinge o equilbrio a 472C. A mistura

em equilbrio foi analisada e revelou-se 0,1207M no H2, 0,0402M no N2 e 0,00272M no NH3.

2() + 32() 23()

a. Calcular a constante de equilbrio Kc da reao

b. Responda: a reao favorvel direta ou indireta?

Resposta

(a) A expresso de Kc, fica:

= [3]

2

[2]23

Dados do exerccio:

[2] = 0,1207

[2] = 0,0402

[3] = 0,00272

Substituindo na expresso de Kc:

= 0,002722

0,0402 . 0,12073

= 0,0000074

0,0402 . 0,0018

= 0,0000074

0,000072

= 0,103

Lembre-se que a constante de equilbrio no tem unidade!

(b) Como o valor de Kc menor que 1 (Kc


7 Equilbrio Qumico

Muitas vezes no so conhecidas todas as concentraes das espcies qumicas em equilbrio. Se for conhecida

apenas uma delas possvel, em geral, pela estequiometria da reao (balanceamento) e pelos valores iniciais,

calcular as concentraes detodas as espcies que participam da reao. O procedimento sistemtico o seguinte:

1. Organizar uma tabela com todas as concentraes iniciais e de equilbrio que forem conhecidas.

2. Calcular a variao de concentrao que ocorre no processo de o sistema atingir o equilbrio, aproveitando as

concentraes inicial e de equilbrio que forem conhecidas.

3. Usar a estequiometria da reao para calcular as varries das concentraes das outras espcies.

4. Calcular as concentraes no equilbrio por meio das concentraes iniciais e das variaes calculadas. A

constante de equilbrio ento calculada com facilidade.

Observe o exemplo a seguir:

6. Num balo de 5,00L, a 448C, colocada a mistura de 5,0x10-3mol de H2, e 1,0x10-2mol de I2. O sistema evolui

at o equilbrio e se analisa a mistura final, verificando-se que 1,87x10-3M no HI. Calcular a constante de

equilbrio Kc a 448C, da reao

2() + 2() 2()

Resposta

O primeiro passo calcular as concentraes do H2 e I2 em mol/L:

[2] = 5,0 . 103

5,00 = 1,0 . 103M

[2] = 1,0 . 102

5,00 = 2,0 . 103M

O segundo passo criar uma tabela com os valores de concentrao conhecidos:

2() + 2() 2()

Incio 1,0 . 103 2,0 . 103 0

Variao

Equilbrio 1,87 . 103

Observando a estequiometria da reao, so formados 2 mols de HI enquanto apenas 1 mol de H2 consumido, o

mesmo acontece para o I2. Significa que a quantidade de produto (HI) formada sempre o dobro do que consumido

de H2, o mesmo acontece para o I2. Assim:

1,87 . 103

2= 0,935 . 103

LEMBRE-SE QUE NO INCIO, ANTES

DA REAO COMEAR TEREMOS

SEMPRE (ZERO) DE PRODUTO

FORMADO!!!


8 Equilbrio Qumico

Desta forma descobrimos quanto foi consumido de cada reagente. E se foram formados 1,87 . 103 partindo do zero, podemos preencher a tabela assim:

2() + 2() 2()

Incio 1,0 . 103 2,0 . 103 0

Variao

0,935 . 103

(o sinal negativo indica que houve

consumo, ou seja, da quantidade

inicial 0,935.10-3 foram

consumidos)

0,935 . 103

+ 1,87 . 103

(o sinal positivo indica a

quantidade de produto formado

que deve ser somada

quantidade inicial)

Equilbrio 1,87 . 103

Considerando as quantidades de reagente consumido e produto formado, no equilbrio teremos:

2() + 2() 2()

Incio 1,0 . 103 2,0 . 103 0

Variao 0,935 . 103 0,935 . 103 + 1,87 . 103

Equilbrio 0,065 . 103 1,065 . 103 1,87 . 103

Com as concentraes no equilbrio podemos escrever a expresso de Kc e calcular seu valor:

= []2

[2][2]

= (1,87 . 103)2

0,065 . 103 1,065 . 103

= 3,4969 . 106

6,9225 . 108

= 3,4969 . 106

6,9225 . 108

= 50,51

Para escrever na calculadora essa expresso

coloque:

(1.87EXP-3)x2 lembre-se de usar o sinal de menos

que est no teclado pequeno entre parnteses, e

em algumas calculadoras a tecla +/-

S pra lembrar, aqui como Kc maior que 1 (Kc >> 1)

a reao favorecida a reao direta, da esquerda

para a direita no sentido de formao dos produtos


9 Equilbrio Qumico

Relao entre Kp e Kc

Quando a reao gasosa, podemos expressar a constante de equilbrio em termos de suas presses parciais. Existe,

entretanto uma maneira de relacionar Kp e Kc numa equao, assim quando calcularmos a constante de equilbrio em

funo da concentrao, podemos tambm calcular Kp atravs de uma correlao com a equao dos gases ideais. A

relao entre Kp e Kc dada por:

= ()

Onde:

= 0,0082 . /.

: () = () + 273

,

, . ( )

Por exemplo na reao:

24() 22()

= 2 1 = 1

Observe o exemplo:

7. Com o valor de Kc calculado no exemplo 5, calcular Kp para a reao:

2() + 32() 23()

Resposta

O valor de Kc calculado no exemplo 5 :

= 0,103

Os demais dados so:

= 472 () = () + 273 , () = 745

= 2 4 = 2

= 0,0082 . /.

Substituindo os dados na relao entre Kp e Kc, fica:

= () Relao entre Kp e Kc

= 0,103 . (0,0082 . 745)(2) Aqui deve-se primeiro realizar a multiplicao dentro do parntese

= 0,103 . (6,109)(2) Aqui deve-se primeiro trabalhar a potncia para ento multiplicar

por 0,103 Na calculadora escreva (6.109)^(-2) Em algumas calculadoras o ^pode ser substitudo por xy que possui a mesma funo

= 0,103 . 0,0268 Multiplicao comum

= 2,7604 . 103 RESPOSTA FINAL


10 Equilbrio Qumico

Quando num exerccio, recebemos os valores de concentrao dos reagentes e produtos, podemos verificar

se aquelas so as concentraes do equilbrio em outras condies de temperatura e presso calculando o

coeficiente reacional. Observe o exemplo:

8. A 448C, a constante de equilbrio, Kc, da reao:

2() + 2() 2()

50,51. Determinar se a reao encontra-se em equilbrio se o sistema reacional contiver, no incio, 2,0x10-2 mol de

HI, 1,0x10-2 mol de H2 e 3,0x10-2 mol de I2, num vaso de 2,0L.

Resposta

Calculando as concentraes iniciais, temos:

[] =2,0 . 102

2,0= 1,0 . 102

[2] =1,0 . 102

2,0= 5,0 . 103

[2] =3,0 . 102

2,0= 1,5 . 102

O quociente reacional calculado da mesma forma que calculamos a constante de equilbrio Kc.

= []2

[2][2]=

(1,0 . 102)2

(5,0 . 103)(1,5 . 102)= 1,3

Podemos afirmar que para estas concentraes, a reao no se encontra no equilbrio pois

O Princpio de Le Chtelier

Se um sistema em equilbrio for perturbado por uma alterao, da presso, ou da concentrao de um dos

componentes, o sistema deslocar a sua posio de equilbrio de modo a anular o efeito da perturbao.

Efeito da concentrao

Se um sistema qumico est em equilbrio e juntamos ao sistema uma substncia (um reagente ou um produto), o

sistema reage no sentido de restabelecer o equilbrio consumindo parte da substncia adicionada. Se houver remoo

da substncia, a reao avana no sentido de formar a substncia removida.

Observe a reao

2() + 32() 23()

Se acrescentarmos H2 ou N2 a reao se desloca no sentido de consumir os reagentes que chegam e avana no

sentido da formao do NH3. Tambm se comearmos a retirar NH3, a reao tenta repor a quantidade retirada e

avana da mesma maneira no sentido da formao do NH3. Aqui (em ambos exemplos) a reao avana no sentido

direto.

No entanto se adicionarmos NH3, a reao tentar consumir formando N2 e H2 novamente e a reao avana no sentido

inverso de formao dos reagentes. Tambm se retirarmos os gases N2 e H2, a reao tentar restabelecer o equilbrio

formando as quantidades perdidas. Aqui (em ambos exemplos) a reao avana no sentido inverso.


11 Equilbrio Qumico

Efeito da presso

A reduo do volume ocupado por uma mistura gasosa em equilbrio provoca deslocamento do equilbrio no sentido

em que h reduo do nmero total de mols do gs. Tomando o exemplo da sntese de Haber:

2() + 32() 23()

Nos reagentes h um total de 4 mols de gs (soma do N2 e do H2) enquanto nos produtos h apenas 2 mols de NH3.

Ou seja, um aumento da presso reduz o volume a reao desloca no sentido de formao do NH3. Uma reduo de

presso aumenta o volume e a reao desloca no sentido de formao dos reagentes onde h 4 mols dos gases.

PARA EXERCITAR, FAZER OS EXERCCIOS MPARES DO LIVRO: QUIMICA CINCIA CENTRAL ESTES POSSUEM GABARITO NO FINAL DO LIVRO! BOM ESTUDO

resumo equilÍbrio quÍmico

Documents