equilibrio-110922080136-phpapp02.pdf
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Prof. Nunes
Universidade Federal do Cear
Centro de Cincias
Departamento de Qumica Orgnica e Inorgnica
Qumica Geral e Orgnica
Equilbrio QumicoEquilbrio Qumico
DQOI - UFC
Prof. Dr. Jos Nunes da Silva [email protected]
1
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Prof. Nunes
A maioria das reaesreaes qumicasqumicas nuncanunca terminamterminam. Ou seja, quando os
reagentes so misturados em quantidades estequiomtricas, eles no so
totalmente convertidos em produtos.
Conceitos BsicosConceitos Bsicos
Reaes que no vo para a concluso e que podem ocorrer em qualquer
direo so chamadas de reaesreaes reversveisreversveis, as quais podem ser
representadas em termostermos geraisgerais da seguinte forma:
DQOI - UFC
Quando A e B reagem para formar C e D na mesma proporo em que
C e D reagem para formar A e B, o sistemasistema estest emem equilbrioequilbrio.
2
indica reversibilidadeindica reversibilidade
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Prof. Nunes
EquilbrioEquilbrio QumicoQumico existe quando duas reaes opostas ocorrem
simultaneamente, a mesma velocidade.
Conceitos BsicosConceitos Bsicos
EquilbriosEquilbrios qumicosqumicos so equilbrios dinmicos, isto , molculas individuais
esto continuamente reagindo, mesmo que a composio global da mistura da
reao no se altere.
DQOI - UFC3
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Prof. Nunes
No equilbrioequilbrio QumicoQumico a reao nunca para, mesmo quando as concentraes
permanecem constantes.
RealizouRealizou--sese oo seguinteseguinte experimentoexperimento::
Equilbrio QumicoEquilbrio Qumico
3 H2(g) + N2(g) 2 NH3(g)
3 D2(g) + N2(g) 2 ND3(g)
MisturouMisturou--se o contedo dos 2 frascosse o contedo dos 2 frascos..
RealizouRealizou--sese oo seguinteseguinte experimentoexperimento::
DQOI - UFC
MisturouMisturou--se o contedo dos 2 frascosse o contedo dos 2 frascos..
NH3 + NDH2 + ND2H + ND3
H2 + HD + D2
A troca de tomos de HH e DD
nas molculas deve resultar
de uma continuao de
reaes diretas e reversas
na mistura.
4
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Prof. Nunes
Equilbrio QumicoEquilbrio Qumico
conc. Inicialconc. Inicial
devido a reaodevido a reao
conc. no equilbrioconc. no equilbrio
ExpExp.. 11
ExpExp.. 22 conc. Inicialconc. Inicial
devido a reaodevido a reao
conc. no equilbrioconc. no equilbrio
DQOI - UFC5
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Prof. Nunes
Equilbrio QumicoEquilbrio Qumico
DQOI - UFC6
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Prof. Nunes
Constante de Equilbrio, Constante de Equilbrio, KcKc
11
22
11
DQOI - UFC7
22
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Prof. Nunes
Constante de Equilbrio, Constante de Equilbrio, KcKc
GeneralizandoGeneralizando::
No equilbrio, as velocidades diretas e inversas so iguaisNo equilbrio, as velocidades diretas e inversas so iguais
DQOI - UFC8
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Prof. Nunes
Constante de Equilbrio, Constante de Equilbrio, KcKc
A constanteconstante dede equilbrio,equilbrio, KcKc, definida como o produto das
concentraes (moles por litro) dos produtos elevadas potncia que
corresponde a seu coeficiente na equao balanceada, dividido pelo
produto das concentraes de reagentes, cada um elevado potncia que
corresponde ao seu coeficiente na equao balanceada.
DQOI - UFC9
A magnitude do KcKc uma medida da extenso em que a reao ocorre.
ParaPara qualquerqualquer equaoequao qumicaqumica balanceadabalanceada, o valorvalor dede KcKc:
1)1) constanteconstante aa umauma dadadada temperaturatemperatura;;
2)2) variavaria sese aa temperaturatemperatura variavaria;;
3)3) nono dependedepende dada concentraoconcentrao inicialinicial.
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Constante de Equilbrio x Constante de Equilbrio x TemperaturaTemperatura
DQOI - UFC10
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Prof. Nunes
Constante de Equilbrio, Constante de Equilbrio, KcKc
DQOI - UFC11
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Prof. Nunes
ExercitandoExercitando
Nitrognio e hidrognio so colocados em um recipiente vazio de 5,00 litros a
500 C. Quando o equilbrio estabelecido, 3,01 mol de N2, 2,10 mol de H2 e
0,565 mol de NH3 esto presentes. CalcularCalcular KcKc parapara aa seguinteseguinte reaoreao aa 500500 CC..
Soluo:Soluo:
DQOI - UFC12
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Prof. Nunes
ExercitandoExercitando
Colocamos 10,0 moles de N2O em um recipiente de 2,00 L, a uma dada
temperatura, onde ele se decompe conforme a reao:
No equilbrio, 2,20 moles de N2O permanecem. CalcularCalcular oo valorvalor dede KcKc parapara aa
reaoreao.
DQOI - UFC13
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Prof. Nunes
ExercitandoExercitando
Soluo:Soluo:
00
reagiramreagiram
DQOI - UFC14
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Prof. Nunes
Variaes de Variaes de KcKc com a Equao Balanceadacom a Equao Balanceada
DQOI - UFC15
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Prof. Nunes
Variaes de Variaes de KcKc com a Equao Balanceadacom a Equao Balanceada
Escreva a expressoexpresso para, e calcule o valorvalor numriconumrico, da constanteconstante dede
equilbrioequilbrio para cada uma das seguintes equaes mesma temperatura.equilbrioequilbrio para cada uma das seguintes equaes mesma temperatura.
Soluo:Soluo:
DQOI - UFC16
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Prof. Nunes
Variaes de Variaes de KcKc com a Equao Balanceadacom a Equao Balanceada
Escreva a expressoexpresso para, e calcule o valorvalor numriconumrico, da constanteconstante dede
equilbrioequilbrio para cada uma das seguintes equaes mesma temperatura.equilbrioequilbrio para cada uma das seguintes equaes mesma temperatura.
Soluo:Soluo:
DQOI - UFC17
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Prof. Nunes
Variaes de Variaes de KcKc com a Equao Balanceadacom a Equao Balanceada
Se uma equao qumica puder ser expressa como a soma de duas ou mais
equaes qumicas, a constanteconstante dede equilbrioequilbrio para a reao global ser o
produtoproduto dasdas constantesconstantes dede equilbrioequilbrio parapara asas reaesreaes componentescomponentes.
2 P + 5Cl2 2 PCl5 KcKc = Kc= Kc11 x Kcx Kc22
Kc2PCl3 + Cl2 PCl5
Kc12 P + 3Cl2 2 PCl3
DQOI - UFC18
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Prof. Nunes
QuocienteQuociente da Reao, da Reao, QQ
QQ > KK As concentraesconcentraes dosdos produtosprodutos nono instanteinstante dede anliseanlise soso maismais altasaltas
DQOI - UFC19
dodo queque nono equilbrioequilbrio,, e a reaoreao temtem aa tendnciatendncia aa seguirseguir nana direodireo
dosdos reagentesreagentes.
QQ == KK A mistura tem sua composiocomposio dede equilbrioequilbrio, e no tem nenhuma
tendncia a mudar em qualquer direo.
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QuocienteQuociente da Reao, da Reao, QQ
DQOI - UFC20
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Prof. Nunes
ExercitandoExercitando
Para a reao a seguir, calcule o valor de QQ e compare-o com o valor conhecido
de KcKc ((6565,,00)) para prever a direo da reao que leva ao equilbrio.
EmEm umum dadodado instante,instante, asas concentraesconcentraes dasdas espciesespcies foramforam determinadasdeterminadas::
Soluo:Soluo:
< 65< 65
DQOI - UFC21
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Prof. Nunes
ExercitandoExercitando
A equao para a seguinte reao e o valor de KcKc a uma dada temperatura so
dados. Uma mistura em equilbrio em um recipiente de 1,00 litro contm 00,,2525
molesmoles dede PClPCl55 e 00,,1616 molesmoles dede PClPCl33. QualQual aa concentraoconcentrao dede equilbrioequilbrio dede ClCl22devedeve estarestar presente?presente?
Soluo:Soluo:
DQOI - UFC22
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Prof. Nunes
ExercitandoExercitando
Para a seguinte reao, KcKc == 4949,,00 a uma dada temperatura. Se 0,400 moles de A
e de B so colocados em um recipiente de 2,00 litros a essa mesma temperatura,
quaisquais serosero asas concentraesconcentraes dede todastodas asas espciesespcies nono equilbrioequilbrio?
Soluo:Soluo:
Calculando as concentraes iniciais:Calculando as concentraes iniciais:
DQOI - UFC23
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Prof. Nunes
ExercitandoExercitando
DQOI - UFC24
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Prof. Nunes
ExercitandoExercitando
DQOI - UFC25
Conferindo.....Conferindo.....
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Prof. Nunes
Fatores que Alteram o EquilbrioFatores que Alteram o Equilbrio
Uma vez que uma reao atingiu o equilbrio, ela
permanecepermanece emem equilbrioequilbrio atat queque sejaseja perturbadaperturbada por
alguma mudana de condies.
O princpio orientador conhecido como PrincpioPrincpio dede
LeChatelierLeChatelier .
SeSe umauma alteraoalterao dasdas condiescondies (stress)(stress) aplicadaaplicada aa umum sistemasistema emem equilbrio,equilbrio,
oo sistemasistema sese deslocardeslocar nana direodireo emem queque reduzirreduzir oo stressstress,, ee umum novonovo
estadoestado dede equilbrioequilbrio serser atingidoatingido..
DQOI - UFC26
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Prof. Nunes
Fatores que Alteram o EquilbrioFatores que Alteram o Equilbrio
TrsTrs tipostipos dede mudanasmudanas pode perturbar o equilbrio de uma reao.
1) Mudanas na concentrao
2) Mudanas na presso ou volume (para as reaes que envolvem gases)
DQOI - UFC27
2) Mudanas na presso ou volume (para as reaes que envolvem gases)
3) Mudanas na temperatura
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Mudanas na Mudanas na ConcentraoConcentrao
A adio ou remoo de reagentes ou produtos alteraaltera oo valorvalor dede QQ, mas
nono alteraaltera oo valorvalor dede KcKc.
+ + HClHCl
DQOI - UFC28
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Prof. Nunes
A adio ou remoo de reagentes ou produtos alteraaltera oo valorvalor dede QQ, mas
nono alteraaltera oo valorvalor dede KcKc.
Mudanas na Mudanas na ConcentraoConcentrao
+ AgNO+ AgNO33ClCl--((aqaq)) + + AgAg
++((aqaq)) ------> > AgClAgCl(s)(s)
DQOI - UFC29
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Mudanas na Mudanas na ConcentraoConcentrao
PbCl2(aq) + S2-(aq) PbSPbS(s)(s) + 2 Cl
-(aq)
DQOI - UFC31
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Todavia, mudanasmudanas nana pressopresso causam mudanasmudanas significativassignificativas nana
concentraesconcentraes dede gasesgases.
Mudanas no Mudanas no Volume Volume e na e na PressoPresso
DQOI - UFC33
Tais mudanas, portanto, afetar o valor de QQ para as reaesreaes
emem queque oo nmeronmero dede molesmoles dede reagentesreagentes gasososgasosos diferedifere dodo nmeronmero dede molesmoles
dede produtosprodutos gasososgasosos.
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Mudanas no Mudanas no Volume Volume e na e na PressoPresso
VV PP
DQOI - UFC34
VV PP no se alterano se altera
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Considere a seguinte reaoreao exotrmicaexotrmica em equilbrio:
Mudanas na Mudanas na TemperaturaTemperatura
calorcalor
aumento de temperaturaaumento de temperatura
calorcalor
DQOI - UFC35
calorcalor
diminuio de temperaturadiminuio de temperatura
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Mudanas na Mudanas na TemperaturaTemperatura
DQOI - UFC36
diminuio de temperaturadiminuio de temperatura aumento de temperaturaaumento de temperatura
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Mudanas na Mudanas na TemperaturaTemperatura
DQOI - UFC37
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Considere a seguinte reaoreao endotrmicaendotrmica em equilbrio:
Mudanas na Mudanas na TemperaturaTemperatura
+ calorcalor+ calorcalor
DQOI - UFC38
diminuio de temperaturadiminuio de temperaturaaumento de temperaturaaumento de temperatura
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O processoprocesso HaberHaber de grande de importncia industrial e econmica. Nele,
o NN22 atmosfricoatmosfrico convertido em amnia,amnia, NHNH33, matria prima para
inmeros corantes , plsticos, explosivos, fertilizantes e fibras sintticas.
Processo Haber Processo Haber Aplicao PrticaAplicao Prtica
Neste processo, o reao entre NN22 e H2 para produzir NHNH33 nunca atinge o
equilbrio, mas se move em direo a ele.
DQOI - UFC39
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Prof. Nunes
Processo Haber Processo Haber Aplicao PrticaAplicao Prtica
500500--10001000
atmatm
DQOI - UFC40
250 250 ooCC
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Processo Haber Processo Haber Aplicao PrticaAplicao Prtica
DQOI - UFC41
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Prof. Nunes
Muitas vezes, mais conveniente medir pressespresses em vez de
concentraesconcentraes de gases.
Presses Parciais e Constantes de EquilbrioPresses Parciais e Constantes de Equilbrio
Para uma reaoreao genricagenrica, portanto:
DQOI - UFC42
Para o processoprocesso HaberHaber:
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Prof. Nunes
Em uma mistura em equilbrio na 500 C, encontramos PNH3 = 0,147 atm,
PN2 = 6,00 atm, e PH2 = 3,70 atm.
CalculeCalcule aa KKPP 500 C para a reao:
ExercitandoExercitando
CalculeCalcule aa KKPP 500 C para a reao:
DQOI - UFC43
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Relao entre Relao entre KcKc e e KpKp
DQOI - UFC44
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Prof. Nunes
ExercitandoExercitando
Vimos que para a reao de amnia a 500 C, KcKc == 00,,286286. Podemos descrever
este equilbrio emem termostermos dede pressespresses parciaisparciais usando KpKp.
DQOI - UFC45
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Prof. Nunes
ExerccioExerccio
Adicionaram-se 10,0 gramas de SbCl5 a um recipiente de 5,00 litros a 448 C e
permitiu-se que a reao atingisse o equilbrio. QuantosQuantos gramasgramas dede SbClSbCl55 estoesto
presentespresentes nono equilbrio?equilbrio?
ResolverResolver esteeste problemaproblema::
(a) com Kc e concentraes molares e
(b) utilizando Kp e presses parciais.
Soluo a)Soluo a)
DQOI - UFC46
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Prof. Nunes
ExerccioExerccio
DQOI - UFC47
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Prof. Nunes
ExerccioExerccio
Soluo b)Soluo b)
DQOI - UFC48
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Prof. Nunes
ExerccioExerccio
Soluo b)Soluo b)
DQOI - UFC49
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Prof. Nunes
Perturbao Alterao quando o sistema reacional retorna ao
equilbrio
Efeito sobre o equilbrio Efeito sobre Kc
+ reagenteparte do reagente adicionado
Perturbaes x EfeitosPerturbaes x Efeitos
+ reagenteparte do reagente adicionado
consumido no h alterao
parte do produto
adicionado consumido+ produto no h alterao
reduo do volume presso aumenta no h alteraomenor # molculas
expanso do volume presso diminui no h alteraomaior # molculas
consumo de energia h alteraoendotrmicoelevao da T
DQOI - UFC
diminuio da T liberao de energia h alteraoexotrmico
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Prof. Nunes
Equilbrio HeterogneoEquilbrio Heterogneo
HeterogneosHeterogneos equilbriosequilbrios envolvem espciesespcies emem maismais dede umum fasefase.
Considere a seguinte reao reversvel a 25 C. Considere a seguinte reao reversvel a 25 C.
Quando o equilbrio estabelecido para este sistema, um slidoslido, um lquidolquido
e um gsgs esto presentes.
NemNem slidosslidos nemnem lquidoslquidos soso significativamentesignificativamente afetadosafetados porpor
mudanasmudanas dede pressopresso.
DQOI - UFC51
mudanasmudanas dede pressopresso.
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Prof. Nunes
Equilbrio HeterogneoEquilbrio Heterogneo
A definio fundamental da constante de equilbrio em termodinmica em
termos de atividadesatividades das substncias envolvidas.
parapara qualquerqualquer lquidolquido ouou slidoslido puropuro,, aa atividadeatividade tomadatomada comocomo 11,, parapara qualquerqualquer lquidolquido ouou slidoslido puropuro,, aa atividadeatividade tomadatomada comocomo 11,,
entoento termostermos queque parapara lquidoslquidos ee slidosslidos purospuros nono aparecemaparecem nasnas
expressesexpresses parapara KcKc dede heterogneosheterogneos equilbriosequilbrios..
Assim,Assim, parapara aa reaoreao::
DQOI - UFC52
Estas expresses de constante de equilbrio indicam que
existe equilbrioequilbrio a uma dada temperatura por uma,uma, e
somente uma, concentraoconcentrao e uma pressopresso parcialparcial de
oxigniooxignio em contato com mercriomercrio lquidolquido e xidoxido dede
mercriomercrio (II)(II) slidoslido .
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Prof. Nunes
ExercitandoExercitando
Escrever tanto KcKc e KpKp para as seguintes reaes reversveis:
DQOI - UFC53
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Prof. Nunes
ExerccioExerccio
O valor de KpKp de 2727 para a decomposio trmica do clorato de potssio em
uma dada alta temperatura. Qual a presso parcial de oxignio em um
recipiente fechado no qual o seguinte sistema est em equilbrio nesta mesma
temperatura?temperatura?
SoluoSoluo::
DQOI - UFC54