EQUILÍBRIOS QUÍMICOSEQUILÍBRIOS QUÍMICOSQuímica A – Colégio Maxi CuiabáQuímica A – Colégio Maxi Cuiabá

CONCEITO DE PROCESSO REVERSÍVELCONCEITO DE PROCESSO REVERSÍVEL

Considere os seguintes processo:

H2O (l)

H2O (g) H2O (g)

H2O (l)

V 1 V2

V1 : Velocidade de evaporação

V2 : Velocidade de condensação

Reação 1 - DIRETA

Reação 2 - INVERSA

Num processo reversível há sempre duas reações simultâneas

H2O (l) H2O (g)

O EQUILÍBRIO É UM ESTADO ATINGIDO O EQUILÍBRIO É UM ESTADO ATINGIDO POR REAÇÕES REVERSÍVEISPOR REAÇÕES REVERSÍVEIS

Velocidade das reações

Tempo

Velocidade da reação inversa (V2)

Velocidade da reação direta (V1)

T

Em T temos que:

V1 = V2

SISTEMA EM EQUILÍBRIO QUÍMICO

H2O (l) H2O (g)

H2O (l) H2O (l)

H2O (g)H2O (g)

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O EQUILÍBRIO DAS REAÇÕES PODE SER O EQUILÍBRIO DAS REAÇÕES PODE SER ATINGIDO EM DIFERENTES CONDIÇÕESATINGIDO EM DIFERENTES CONDIÇÕES

Considere o seguinte processo que atinge o equilíbrio em 3 situações diferentes::

N2O4 (g) 2 NO2 (g)

Concentração (mol/L)

Tempo

Concentração (mol/L)

Tempo

[N2O4] < [NO2][N2O4] > [NO2] [N2O4] = [NO2]

Concentração (mol/L)

Tempo

AS CARACTERÍSTICAS DE UM SISTEMA EM AS CARACTERÍSTICAS DE UM SISTEMA EM EQUILÍBRIOEQUILÍBRIO

• No equilíbrio as reações direta e inversa continuam ocorrendo ininterruptamente.

• As velocidades das reações direta e inversa são iguais.

• As concentrações de todos os participantes (reagentes e produtos) tornam-se constantes e não necessariamente iguais.

• Esse tipo de equilíbrio somente ocorre em sistemas fechados (onde não há troca de matéria com o ambiente).

A CONSTANTE DE EQUILÍBRIOA CONSTANTE DE EQUILÍBRIO

1 N2O4 (g) 2 NO2 (g)

VREAÇÃO = kVELOCIDADE x [REAGENTE] a

V1 = k1 x [N2O4]1 V2 = k2 x [NO2]2

No equilíbrio temos V1 = V2

k1x [N2O4]1 = k2x [NO2]2

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A CONSTANTE DE EQUILÍBRIOA CONSTANTE DE EQUILÍBRIO

a A + b B c C + d D

A constante de equilíbrio é igual à razão entre as concentrações de produtos e reagentes, elevados as seus coeficientes estequiométricos

EXERCÍCIO : ESCREVER E EXPRESSÃO DA EXERCÍCIO : ESCREVER E EXPRESSÃO DA CONSTANTE DE EQUILÍBRIOCONSTANTE DE EQUILÍBRIO

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

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

Fe(s) + 3 Ag+ (aq) Fe+3 (aq) + 3 Ag (s)Sólidos não

participam do cálculo da constante

KKP P : APENAS PARA SISTEMAS COM GASES : APENAS PARA SISTEMAS COM GASES

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

Numa mistura gasosa, as pressões parciais dos gases são proporcionais às suas concentrações em mol/L

Constante em termos de concentrações (Kc ) Constante em termos de pressões parciais (KP)

““TABELINHA” PARA CÁLCULO DA TABELINHA” PARA CÁLCULO DA CONSTANTE DE EQUILÍBRIO:CONSTANTE DE EQUILÍBRIO:

Considere um sistema fechado à temperatura de 100 OC , com volume de 1 litro, onde são adicionados 10 mols de N2O4

Calcule o valor da constante de equilíbrio dessa reação sabendo-se que, ao final do processo foram produzidos 4 mols de NO2

Reação N2O4 NO2

1 N2O4 (g) 2 NO2 (g)

INÍCIO 10 mol/L 0 mol/L

Concentração (mol/L)

Tempo

REAÇÃO4 mol/L

FORMADOS

EQUILÍBRIO 4 mol/L

42 mol/L

CONSUMIDOS

10

8

8 mol/L

““TABELINHA” PARA CÁLCULO DA TABELINHA” PARA CÁLCULO DA CONSTANTE DE EQUILÍBRIO:CONSTANTE DE EQUILÍBRIO:

DESLOCAMENTO DE EQUILÍBRIODESLOCAMENTO DE EQUILÍBRIOPRINCÍPIO DE Le ChatelierPRINCÍPIO DE Le Chatelier

DESLOCAMENTO DE EQUILÍBRIO DESLOCAMENTO DE EQUILÍBRIO OCORRE QUANDO AS OCORRE QUANDO AS VELOCIDADES DOS PROCESSOS DIRETO E INVERSO SÃO VELOCIDADES DOS PROCESSOS DIRETO E INVERSO SÃO ALTERADASALTERADAS

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

INVERSA

Se VDIRETA = VINVERSA SISTEMA EM EQUILÍBRIO CONCENTRAÇÃO DAS ESPÉCIES É CONSTANTE

Se VDIRETA > VINVERSA EQUILÍBRIO DESLOCADO PARA O SENTIDO DOS PRODUTOS

Se VDIRETA < VINVERSA EQUILÍBRIO DESLOCADO PARA O SENTIDO DOS REAGENTES

COMO PODEMOS DESLOCAR UM EQUILÍBRIO?COMO PODEMOS DESLOCAR UM EQUILÍBRIO?

Estudaremos alguns fatores que podem (ou não) provocar deslocamentos em equilíbrios

1 - TEMPERATURA

2 – PRESSÃO DE SISTEMAS COM GASES

3– ALTERAÇÕES DA CONCENTRAÇAO DE REAGENTES

4 – EFEITOS DO CATALISADOR

PRINCÍPIO DE LE CHATELIERPRINCÍPIO DE LE CHATELIERPRINCÍPIO DA FUGA ANTE A FORÇAPRINCÍPIO DA FUGA ANTE A FORÇA

1 – TODO SISTEMA REVERSÍVEL TENDE AO ESTADO DE EQUILÍBRIO

2 – UMA VEZ ATINGIDO O ESTADO DE EQUILÍBRIO, ESTE É MANTIDO A MENOS QUE SE PROVOQUE ALGUMA ALTERAÇÃO NO SISTEMA

3 – QUANDO SE PROVOCA UMA ALTERAÇÃO NUM SISTEMA EM EQUILÍBRIO, ESTE REAGE NO SENTIDO DE ANULAR O EFEITO DESSA ALTERAÇÃO. DESSA FORMA O SISTEMA TENDE A RETORNAR A UM NOVO ESTADO DE EQILÍBRIO

EFEITO DA TEMPERATURAEFEITO DA TEMPERATURA

3 H2 (g) + N2 (g) 2NH3 (g) ∆H < 0 DIRETA

INVERSA

Energia

Caminhode

Reação

∆H

SISTEMA

CALOR

SISTEMA

CALOR

TEMPERATURA

TEMPERATURA

FAVORECIMENTO DA REAÇÃO ENDOTÉRMICA

FAVORECIMENTO DA REAÇÃO EXOTÉRMICA

A CONSTANTE DE EQUILÍBRIO DEPENDE DA A CONSTANTE DE EQUILÍBRIO DEPENDE DA TEMPERATURATEMPERATURA

3 H2 (g) + N2 (g) 2NH3 (g) ∆H < 0 DIRETA

INVERSA

Constante de equilíbrio

Temperatura (K)T1 T2

K1

K2

Quando T aumenta

K diminui

Diminui a concentração de produtos

EFEITO DA PRESSÃO EM SISTEMAS COM EFEITO DA PRESSÃO EM SISTEMAS COM GASESGASES

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

INVERSA

4 mols de gases 2mols de gases

SISTEMA PRESSÃO

SISTEMA PRESSÃO

DESLOCAMENTO PARA A MENOR QUANTIDADE DE GASES

DESLOCAMENTO PARA A MAIOR QUANTIDADE DE GASES

EFEITO DA CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTESEFEITO DA CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES

GLICOSE FRUTOSE

VDIRETA = kDIRETA x [GLICOSE] VINVERSA= kINVERSA x [FRUTOSE]

CH

CH

CH

CH

CH2

CH

OH

OH

OH

OH

O

OH C

CH

CH

CH

CH2

CH2

OH

OH

OH

OH

OH

O

ADIÇÃO DE GLICOSE

ADIÇÃO DE FRUTOSE

VDIRETA > VINVERSA

VDIRETA < VINVERSA

DESLOCAMENTO PARA A DIREITA

DESLOCAMENTO PARA A ESQUERDA

EFEITO DA CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTESEFEITO DA CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES

GLICOSE FRUTOSE

VDIRETA = kDIRETA x [GLICOSE] VINVERSA= kINVERSA x [FRUTOSE]

CH

CH

CH

CH

CH2

CH

OH

OH

OH

OH

O

OH C

CH

CH

CH

CH2

CH2

OH

OH

OH

OH

OH

O

DIMINUIÇÃO DE GLICOSE

DIMINUIÇÃO DE FRUTOSE

VDIRETA < VINVERSA

VDIRETA > VINVERSA DESLOCAMENTO PARA A DIREITA

DESLOCAMENTO PARA A ESQUERDA

EFEITO DA CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTESEFEITO DA CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES

2 CrO4 - 2

(aq) + 2 H\+ (aq) Cr2O7 – 2 (aq) + H2O (l)

AMARELO ALARANJADO

ADIÇÃO DE ÍONS H+ (MEIO ÁCIDO)

DESLOCAMENTO PARA A “DIREITA”

CONSIDERE UM SISTEMA FECHADO ONDE [CrO4 -2 ] > [Cr2O4

-2]

EFEITO DA CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTESEFEITO DA CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES

2 CrO4 - 2

(aq) + 2 H\+ (aq) Cr2O7 – 2 (aq) + H2O (l)

AMARELO ALARANJADO

ADIÇÃO DE ÍONS OH - (MEIO ALCALINO)

H + (aq) + OH – (aq) → H2O (l)

DESLOCAMENTO PARA A “ESQUERDA”

CONSIDERE UM SISTEMA FECHADO ONDE [CrO4 -2 ] < [Cr2O4

-2]

O CATALISADOR O CATALISADOR NÃONÃO DESLOCA EQUILÍBRIOS DESLOCA EQUILÍBRIOS

Considere uma reação genérica:

A + B C + D; ∆H < 0 Energia

Caminho de Reação

∆H

A + B

C + D

ENERGIA DE ATIVAÇÃO DA REAÇÃO DIRETA SEM CATALISADOR

ENERGIA DE ATIVAÇÃO DA REAÇÃO DIRETA COM CATALISADOR

O CATALISADOR AUMENTA A VELOCIDADE DA REAÇÃO DIRETA

Considere uma reação genérica:

A + B C + D; ∆H < 0 Energia

Caminho de Reação

∆H

A + B

C + D

ENERGIA DE ATIVAÇÃO DA REAÇÃO INVERSA SEM CATALISADOR

ENERGIA DE ATIVAÇÃO DA REAÇÃO INVERSA COM CATALISADOR

O CATALISADOR AUMENTA A VELOCIDADE DA REAÇÃO INVERSA

O CATALISADOR O CATALISADOR NÃONÃO DESLOCA EQUILÍBRIOS DESLOCA EQUILÍBRIOS