4 equilibrio quimico

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São reações nas quais os reagentes são totalmente convertidos em

produtos, não havendo “sobras” de reagente, no final da reação!

Exemplo: 𝐻𝐶𝑙(𝑎𝑞) + 𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑎𝑞) 𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑎𝑞) + 𝐻2𝑂(𝑙)

Estas reações tem rendimento 100 %!

2 Daniela Pinto

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São reações nas quais os reagentes não são totalmente convertidos

em produtos, havendo “sobras” de reagente, no final da reação!

Exemplo: reações de esterificação 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻 + 𝐶2𝐻5𝑂𝐻 ⇌ 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐶2𝐻5 + 𝐻2𝑂

Estas reações tem rendimento <100 %!

3 Daniela Pinto

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Algumas reações parecem gastar todos os reagentes:

2 𝐻2 𝑔 + 𝑂2 𝑔 → 2𝐻2𝑂 𝑔

No entanto, permanecem pequenas quantidades, sendo mais

correto escrever:

2 𝐻2 𝑔 + 𝑂2 𝑔 ⇌ 2𝐻2𝑂 𝑔

Reação direta

Reação inversa

4 Daniela Pinto

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EQUILÍBRIO QUÍMICO

Inicialmente só existem reagentes 𝐴 + 𝐵 𝑉1→ 𝐶 + 𝐷

À medida que se formam os produtos da reação os choques entre os

reagentes diminuem (diminui a velocidade) e aumenta a velocidade

da reação inversa.

𝐴 + 𝐵 ⇌ 𝐶 + 𝐷

5 Daniela Pinto

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EQUILÍBRIO QUÍMICO

Quando a reação avança, a velocidade direta vai diminuindo e a inversa

aumentando, até ao momento em que as duas se tornam iguais.

vdireta = vinversa

6 Daniela Pinto

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A reação direta e a reação inversa

continuam a ocorrer com

igual velocidade (equilíbrio dinâmico).

As concentrações das substâncias

presentes mantêm-se constantes.

Não há mudanças

observáveis nas propriedades do

sistema (cor, pressão,

temperatura,…)

7 Daniela Pinto

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Todas as reações tendem alcançar o equilíbrio químico

Quando as velocidades das reações direta e inversa forem iguais e

as concentrações dos reagentes e dos produtos não variarem com

o tempo, atinge-se o equilíbrio químico.

O equilíbrio químico não é alcançado instantaneamente.

Segundo o Princípio de Le Châtelier, o equilíbrio químico pode ser

perturbado (deslocado).

8 Daniela Pinto

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𝐴 + 𝐵 ⇌ 𝐶 + 𝐷 Reagentes Produtos

t0 : só existem os reagentes A+B

De t0 a t1: os reagentes, A+B,

diminuiram, foram gastos

parcialmente e houve formação

de alguns produtos C+D t0 t1

9 Daniela Pinto

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𝐴 + 𝐵 ⇌ 𝐶 + 𝐷 Reagentes Produtos

t2: o equilíbrio é

estabelecido, a

formação de C+D é

compensada pela

formação de A+B t0 t1

t2

10 Daniela Pinto

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Para a reação gasosa (pouco extensa) : 𝐶𝑂 + 𝐻2𝑂 ⇌ 𝐶𝑂2 + 𝐻2

Concentração (mol/L)

CO = H2O

CO2 = H2

tempo

Reação com baixo rendimento As concentrações dos

produtos da reação são

inferiores às concentrações

dos reagentes.

11 Daniela Pinto

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Para a reação gasosa (muito extensa) : 𝐶𝑂 + 𝐻2𝑂 ⇌ 𝐶𝑂2 + 𝐻2

Concentração (mol/L)

CO2 = H2

CO = H2O

tempo

Reação com alto rendimento As concentrações dos

produtos da reação são

superiores às concentrações

dos reagentes.

12 Daniela Pinto

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Para uma reação do tipo:

𝑎𝐴 + 𝑏𝐵 ⇌ 𝑐𝐶 + 𝑑𝐷,

a expressão da constante de equilíbrio é dada por:

EQUILÍBRIO QUÍMICO

𝐾𝑐 = 𝐶 𝑐 𝐷 𝑑

𝐴 𝑎 𝐵 𝑏

13 Daniela Pinto

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Consideremos o seguinte sistema em equilíbrio.

N2O4 (g) ⇌ 2 NO2 (g)

A constante de equilíbrio é dada por:

Kc: constante de equilíbrio

Concentrações das espécies reagentes são expressas em mol/L;

Grandeza adimensional;

Para uma dada temperatura, a constante de equilíbrio é sempre a mesma, para a

mesma reação.

]ON[

]NO[

42

2

2cK

14 Daniela Pinto

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EQUILÍBRIO QUÍMICO

Equilíbrios podem ser:

homogéneos N2O4 (g) ⇌ 2 NO2 (g)

heterogéneos NH4Cl(s) ⇌ NH3(g) + HCl(g)

Nos equilíbrios heterogéneos, como a concentração dos componentes

sólidos e liquidos puros não varia, as constantes não incluem tais

componentes. Exemplo: 𝐾𝑐 = NH3 𝐻𝐶𝑙

15 Daniela Pinto

Page 16: 4  equilibrio quimico

Se Kc >>1 – a extensão da reação direta é muito maior que a extensão da reação inversa (no equilíbrio há uma maior quantidade de produtos do que reagentes).

Se Kc <<1 – a extensão da reação inversa é muito maior que a extensão da reação direta (no equilíbrio há uma maior quantidade de reagentes do que de produtos).

16 Daniela Pinto

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EQUILÍBRIO QUÍMICO

O PCl5 decompõe-se, segundo a equação:

𝑃𝐶𝑙5(𝑔) ⇌ 𝑃𝐶𝑙3(𝑔) + 𝐶𝑙2(𝑔)

Ao iniciar havia 3,0 mol de PCl5 e ao ser alcançado o equilíbrio

ficaram 0,5 mol do reagente não transformado. Calcula o Kc.

PCl5 PCl3 Cl2

Inicio 3,0 - -

Variação -x x x

Equílibrio 3,0 – x x x

17 Daniela Pinto

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EQUILÍBRIO QUÍMICO

PCl5 PCl3 Cl2

Inicio 3,0 - -

Variação -x x x

Equílibrio 3,0 – x x x

Como no equilíbrio a quantidade de PCl5 é de 0,5 mol

3,0 – 𝑥 = 0,5 ⇔ 𝑥 = 2,5 𝑚𝑜𝑙

Para V = 1 dm3

𝐾𝑐 =𝑃𝐶𝑙3 𝐶𝑙2

𝑃𝐶𝑙5⇔ 𝐾𝑐 =

2,5 𝑥 2,5

0,5= 12,5

18 Daniela Pinto

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EQUILÍBRIO QUÍMICO 19 Daniela Pinto

Início existe apenas NO2

𝐾𝑐 =𝑁2𝑂4

𝑁𝑂22

2 𝑁𝑂2 (𝑔) ⇌ 𝑁2𝑂4 (𝑔)

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EQUILÍBRIO QUÍMICO 20 Daniela Pinto

Início existe apenas N2O4

𝐾′𝑐 =𝑁𝑂2

2

𝑁2𝑂4 𝑁2𝑂4 (𝑔) ⇌ 2 𝑁𝑂2

(𝑔)

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EQUILÍBRIO QUÍMICO 21 Daniela Pinto

𝑁2𝑂4 (𝑔) ⇌ 2 𝑁𝑂2 (𝑔) 𝐾′𝑐 =

𝑁𝑂22

𝑁2𝑂4

2 𝑁𝑂2 (𝑔) ⇌ 𝑁2𝑂4 (𝑔) 𝐾𝑐 =

𝑁2𝑂4

𝑁𝑂22

Então 𝐾′𝑐 =1

𝐾𝑐

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EQUILÍBRIO QUÍMICO

𝛼 =𝑄𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑟𝑒𝑎𝑔𝑖𝑟𝑎𝑚

𝑄𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠

22 Daniela Pinto

Também poderá aparecer como percentagem de dissociação!

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Para uma reação do tipo: 𝑎𝐴 + 𝑏𝐵 ⇌ 𝑐𝐶 + 𝑑𝐷,

a expressão do quociente da reação é dado por:

EQUILÍBRIO QUÍMICO

Q= 𝐶 𝑐 𝐷 𝑑

𝐴 𝑎 𝐵 𝑏

23 Daniela Pinto

As concentrações não são necessariamente as do equilíbrio!

Se Q = Kc O sistema está em equilíbrio

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EQUILÍBRIO QUÍMICO 24 Daniela Pinto

Q > Kc

O sistema não está em equilíbrio

A reação evolui no sentido da formação dos reagentes

Sentido inverso

Q < Kc

O sistema não está em equilíbrio

A reação evolui no sentido da formação dos produtos

Sentido direto