Equilbrio Qumico

Embora Kc e Kp representem valores constantes mesma temperatura, elas no so necessariamente iguais.

A relao entre elas dada considerando-se a equao de estado dos gases :

P. V = n. R. T*Relao entre Kc e Kp

Considere a reao abaixo:

N2O4 (g) 2NO2 (g)

Observe a relao entre Kc e Kp:

Kc = [NO2]2 / [N2O4] Kp = (PNO2)2 / PN2O4

Aplicando a equao dos gases para NO2 e para N2O4:

PNO2 = n. R.T = [NO2] . R. T V

PN2O4 = n. R. T = [N2O4] . R. TV

*

Kp = (PNO2)2 / PN2O4PNO2 = n. R.T = [NO2] . R. T V

PN2O4 = n. R. T = [N2O4] . R. TVKp = ([NO2] . R. T)2 ([N2O4] . R. T)1

Kp = [NO2]2 . (R . T) 2-1 [N2O4]

Onde: R = 0,082 atm.L.K-1.mol-1 e T em K*

Resumindo:Podemos relacionar Kc e Kp pela relao:Onde:*Considere a reao genricaaA + bB cC + dD

Para a reao de sntese do metanol, CH3OH, a partir de hidrognio e monxido de carbono:

2H2(g) + CO (g) CH3OH (g)

Kc vale 300, a 425oC. Qual o valor de Kp a essa temperatura?*

*Se a reao elementar, qual ser a representao da equao qumica

Na equao a A + b B c C + d D, aps atingir o equilbrio qumico, podemos concluir a respeito da constante de equilbrio que:

a) Quanto maior for o valor de Kc, menor ser o rendimento da reao direta. b) Kc independe da temperatura. c) Se as velocidades das reaes direta e inversa forem iguais, ento K2 = 0. d) Kc depende das molaridades iniciais dos reagentes. e) Quanto maior for o valor de Kc, maior ser a concentrao dos produtos.12*

Clculo das constantes de equilbrioQuando so conhecidas as presses parciais no equilbrio de todos os reagentes e produtos, a constante de equilbrio pode ser calculada diretamente a partir da expresso de constante de equilbrio.

*

*Uma mistura de hidrognio e nitrognio em um recipiente de reao atinge o equilbrio a 472oC. A mistura de gases em equilbrio foi analisada e descobriu-se que ela contm 7,38 atm de H2, 2,46 atm de N2 e 0,166 atm de NH3. A partir desses dados calcule a constante de equilbrio para:

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

*Aplicaes das constantesde equilbrioDeterminando o sentido da reao

Suponha que coloquemos uma mistura de 2 mol de H2, 1 mol de N2 e 2mol de NH3 em um recipiente de 1L a 472oC. N2 e H2 reagiro para formar mais NH3. Nessa instncia devemos:calcular a presso parcial inicial de cada espcie, usando a equao de gs ideal.Inserir as presses parciais de N2, H2 e NH3 na expresso da constante de equilbrio. Analise o resultado e compare com o Kc calculado anteriormente para a mesma equao na mesma temperatura.

*Aplicaes das constantesde equilbrioQuando substitumos as presses parciais ou concentrao dos produtos e reagentes na expresso da constante de equilbrio, o resultado conhecido como quociente da reao, representado pela letra Q.

Determinando o sentido de reaoDefinimos Q, o quociente da reao, para uma reao geral

como

Sendo que : Q = K somente com o sistema em equilbrio.Aplicaes das constantesde equilbrio*

Prevendo o sentido da reaoSe Q > K, ento a reao inversa deve ocorrer para atingir o equilbrio (ex., produtos so consumidos, reagentes so formados, o numerador na expresso da constante de equilbrio diminui e Q diminui at se igualar a K).

Se Q < K, ento a reao direta deve ocorrer para atingir o equilbrio.Aplicaes das constantesde equilbrio*

Aplicaes das constantesde equilbrio*Resumindo:

*Ex.:A 448oC a constante de equilbrio , Keq, para a reao:H2 (g) + I2(g) 2HI (g)

51. Determine como a reao prosseguir para atingir o equilbrio a 448oC se comearmos com 2 x10-2mol de HI, 1 x 10-2 mol de H2 e 3x10-2mol de I2 em um recipiente de 2 L.

*Clculo das concentraes em equilbrioPara a reao N2(g) + 3 H2 (g) 2NH3 (g), Keq = 1,45x10-5 a 500oC. Em uma mistura em equilbrio dos trs gases a 500oC, a presso parcial de H2 0,928 atm e a presso parcial de N2 0,432 atm. Qual a presso parcial de NH3 nessa mistura no equilbrio?

*Um frasco de 1L preenchido com 1 mol de H2 e 2 mol de I2 a 448oC. O valor da constante de equilbrio, Keq, para a reao:

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

A 448oC 50,5. Quais so as presses parciais de H2, I2 e HI no equilbrio?

*

*Partindo-se de uma mistura equimolar de CO(g) e H2O(g), todas afirmativas a seguir esto corretas, exceto: a) Os compostos que predominam, no equilbrio, a 250C, so CO (g) e H2O(g). b) Os compostos que predominam, no equilbrio, a 950C, so CO2(g) e H2(g). c) Com o aumento da temperatura, a constante de equilbrio K aumenta. d) temperatura de 850C, as concentraes de reagentes e produtos, no equilbrio, so iguais. e) Aumentando a temperatura, haver predominncia, no equilbrio, dos compostos CO(g) e H2O(g).A reao reversvel abaixo endotrmica e admite os seguintes valores da constante K:

Deslocamento de equilbrio possvel alterar um equilbrio qumico por meio de algumas aes externas. Tal tipo de ao chamado pertubao do equilbrio, e a sua consequncia denominada deslocamento de equilbrio.

Existe um importantssimo princpio qumico que permite prever qual ser o efeito de uma pertubao sobre um equilbrio. Ele denominado Princpio de Le Chantelier.

Consideremos um sistema em equilbrio qumico, com as substncias A, B, C e D. No equilbrio, as velocidades V1 e V2 so iguais e as concentraes das substncias A, B, C e D so constantes. Se, por algum motivo, houver modificao em uma das velocidades, teremos mudanas nas concentraes das substncias. Esta modificao em uma das velocidades ocasiona o que denominamos de deslocamento do equilbrio, que ser no sentido da maior velocidade. Deslocamento de equilbrio

- Equilbrio inicial. - Aumentando v1, o deslocamento para a direita. - Aumentando v2, o deslocamento para a esquerda.

Porm, aps certo tempo, a reao volta a estabelecer um novo equilbrio qumico, mas com valores de concentraes e velocidades diferentes das iniciais.

Princpio de Le Chantelier

O qumico francs Henri Louis Le Chatelier props um princpio que afirma:Quando um sistema em equilbrio sofre algum tipo de perturbao externa, ele se deslocar no sentido de minimizar essa perturbao, a fim de atingir novamente uma situao de equilbrio.

possvel provocar alterao em um equilbrio qumico por variaes de:

- temperatura, - concentrao de participantes da reao e - presso total sobre o sistema.

EFEITO DA TEMPERATURA

Observando a reao:

Colocando-se o gs NO2(g), de colorao castanha, contido em um balo de vidro, em banhos de diferentes temperaturas, observa-se o seguinte:

Podemos observar que o aumento da temperatura favorece a reao (2) que endotrmica, e a reduo da temperatura favorece a reao (1) que exotrmica. Um aumento de temperatura desloca o equilbrio no sentido endotrmico. Uma diminuio de temperatura desloca o equilbrio no sentido exotrmico. Se a colorao castanha desaparece a 0C porque, praticamente, no h mais NO2, isto , ele foi transformado em N2O4.

No exemplo em questo, temos:

Calor + N2O4 (g) 2NO2 (g) AH= +57,2 kJendoAumento da T desloca o equilbrio no sentido endotrmicoDiminuio da T desloca o equilbrio no sentido exotrmico

Neste caso, temos:

N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) + calor AH = - 91,8 kJexoendoDiminuio da T desloca o equilbrio no sentido exoAumento da T desloca o equilbrio no sentido endo

Variao de Kc com a temperaturaPor meio de investigaes experimentais, verificou-se que o aquecimento pode aumentar ou diminuir o valor da constante de equilbrio e que isso depende do valor do AH da reao.O aumento da temperatura provoca aumento da constante de equilibrio para reaes endotrmicas (AH>0) e diminuio para exotrmicas (AH

[Co(H2O)6]2+ (aq) + 4Cl- (aq) [CoCl4]2- (aq) + 6H2O (l)A reao abaixo endotrmica no sentido direto. Assim:

aquecimento aumento de Kc desloca o equilbrio para a direita, fazendo predominar a cor azul.Resfriamento diminuio de Kc desloca o equilbrio para a esquerda, fazendo predominar a cor rosa.Maior KcMenor Kc

EFEITO DA CONCENTRAO Supondo o equilbrio:

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

Se tivermos colocado N2, H2 e NH3 em um recipiente mantido temperatura constante e que seja esperado at que o sistema atinja o equilbrio.

Ser medido em seguida a concentrao de equilbrio de cada uma das trs substncias.

A [ ] de cada substncia mostra ser cte esquerda do grfico: o sistema est em equilbrio.

Repentinamente, a [H2] aumenta, quando maior quantidade adicionada ao recipiente.

A [N2] e de [H2] imediatamente comeou a diminuir, ao mesmo tempo a [NH3] comeou a aumentar. N2(g) + 3H2(g) > 2NH3(g)Seqencialmente, o equilbrio ser perturbado adicionando H2 no recipiente. Estas mudanas ocorrem quando falamos que o equilbrio "foi deslocado para a direita".

Estas mudanas continuam, entretanto a velocidade diminui gradualmente, at que o sistema novamente restabelece um estado de equilbrio, aps o qual a concentrao dos elementos permanecem constante.

Neste experimento, parte da quantidade de H2 adicionado consumida no deslocamento do equilbrio, assim, o efeito da adio (aumento na concentrao) parcialmente compensado.

Em outras palavras, o ajuste do sistema tende a minimizar o efeito de adio de H2, como prev o princpio de Le Chtelier.

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

Um aumento na [reagentes] ou uma diminuio na [produtos] desloca o equilbrio para a direita.

- Uma diminuio da [reagentes] ou um aumento da [produtos] desloca o equilbrio para a esquerda.

EFEITO DA PRESSO

Alteraes de presso influenciam em equilbrios que possuem espcies qumicas no estado gasoso.

Considere a reao qumica em equilbrio abaixo:

Conforme a figura indicada verificamos que o aumento da presso favoreceu a produo da amnia, isto , deslocou o equilbrio para a direita, que aquele que possui menor quantidade de mols na fase gasosa. 4 mols2 mols

Se a presso fosse diminuda o equilbrio se deslocaria para a esquerda, favorecendo o consumo de amnia, isto , no sentido da maior quantidade de mols na fase gasosaGeneralizando:

O aumento da P sobre o sistema desloca o equilbrio qumico no sentido do menor nmero de mols na fase gasosa. A diminuio da P sobre o sistema desloca o equilbrio qumico no sentido do maior nmero de mols na fase gasosa.

Exerccios: 01)Considere a reao em equilbrio qumico: N2 (g) + O2 (g) 2 NO(g) possvel desloc-lo para a direita: a) Retirando o N2 existente. b) Removendo o NO formado. c) Introduzindo um catalisador. d) Diminuindo a presso, temperatura constante. e) Aumentando a presso, temperatura constante.

02)Temos o equilbrio: CO (g) + H2O (g) CO2 (g) + H2 (g) Queremos aumentar a concentrao de CO2(g) nesse equilbrio. Para isso ocorrer, devemos: a) Aumentar a presso sobre o sistema. b) Diminuir a presso sobre o sistema. c) Adicionar H2 (g) ao sistema. d) Retirar H2O (g) do sistema. e) Adicionar CO (g) ao sistema.

03)O equilbrio gasoso representado pela equao: N2(g) + O2(g) 2 NO(g) 88 kj deslocado no sentido de formao de NO(g), se: a) a presso for abaixada. b) N2 for retirado. c) a temperatura for aumentada. d) for adicionado um catalisador slido ao sistema. e) o volume do recipiente for diminudo

04) O equilbrio N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) deslocado para os produtos com o aumento da presso e com a diminuio da temperatura. Pode-se concluir que a reao de formao do gs amonaco : a) Exotrmica e ocorre com o aumento de volume. b) Exotrmica e ocorre com a conservao do volume. c) Exotrmica e ocorre com a diminuio do volume. d) Endotrmica e ocorre com aumento de volume. e) Endotrmica e ocorre com diminuio de volume.

05)Nitrognio e hidrognio reagem para formar amnia segundo a equao: N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) + 22 kcal Se a mistura dos trs gases estiver em equilbrio e provocarmos: I. Compresso da mistura. II. Aumento de temperatura. III. Introduo de hidrognio adicional. O efeito sobre a quantidade de amnia, em cada situao, ser:

EFEITO DO CATALISADOR

um catalisador faz com que um processo chegue mais rapidamente situao de equilbrio.

O catalisador reduz a barreira de energia de ativao Ea para a reao.

O catalisador no desloca o equilbrio

Acontece que o abaixamento na Ea o mesmo, tanto para a reao direta quanto a inversa (grfico abaixo). Assim, se ambas as reaes tm suas velocidades igualmente aumentadas, o equilbrio no se deslocar no sentido direto nem no inverso.

U.F.R.S) A reao genrica A B, a 25oC, tem por constante de velocidade, para a reao direta, 6 min 1, e, para a reao inversa, 3 min 1. O valor da constante de equilbrio naquela temperatura :

(UFAM) A reao qumica genrica, abaixo representada, possui constante de equilbrio igual a 120, a 25C. correto afirmar que: A(g) + B(g) C(g) + D(g) K = 120 a) Em 50C a constante de equilbrio ter valor igual a 240. b) No equilbrio haver maior quantidade de reagentes que de produtos. c) No equilbrio, as quantidades de reagentes e produtos so iguais. d) No equilbrio haver maior quantidade de produto que de reagentes.

Considere um sistema em equilbrio a 25C e 1 atm representado pela equao: FeO(s) + CO(g) CO2(g) + Fe(s) + 19 kj/mol Se K for constante de equilbrio, qual das seguintes aes poder aumentar seu valor numrico? a) aumentar a presso. b) aumentar a temperatura. c) aumentar a concentrao do CO. d) triturar mais o xido de ferro. e) utilizar um catalisador

(Vunesp-SP) Sabendo que a reao representada pela equao: H2(g) + Br2(g) 2 HBr(g) exotrmica, correto afirmar que o equilbrio: a) se deslocar para a esquerda, no sentido da formao de H2 e do Br2, com o aumento da presso. b) se deslocar para a direita, no sentido de formao do HBr, com o aumento da presso. c) se deslocar para a direita, no sentido de formao do HBr, com o aumento da temperatura. d) se deslocar para a direita, no sentido de formao do HBr, com a diminuio da temperatura. e) no alterado por mudanas apenas na temperatura do sistema.

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