Equilíbrio químico

Prof. Edson Nossol

Uberlândia, 23/11/2016

Química Geral

Quando as velocidades da reação direta e da reação inversa forem iguais e as concentrações dos reagentes e dos produtos não variarem com o tempo, atinge-se o equilíbrio químico

Energia livre (G), que é a porção da energia total de um sistema que está disponível para realizar trabalho

Energia calorífica (H), ou entalpia, que pode realizar trabalho apenas através de mudança de temperatura ou pressão

A entropia (S) é uma medida do grau de desordem de um sistema

padrão const. gases quociente da reação

Fase aquosa

Fase gasosa

No equilíbrio ∆G= 0 e Q=K (constante de equilíbrio)

podemos reescrever

Relação entre K e Q

• Q < K: ∆G negativo: reação direta (reagentes → produtos)

• Q > K: ∆G positivo: reação reversa (produtos → reagentes )

• Q = K: equilíbrio

Relação entre K e Q

• Q < K: ∆G negativo: reação direta (reagentes → produtos)

• Q > K: ∆G positivo: reação reversa (produtos → reagentes )

• Q = K: equilíbrio

Exercício: Se K= 1,9 x 10-4 em 400 °C, e PN2= 5,5 bar PH2=2,2 bar e PNH3= 1,1 bar, em qual sentido a reação irá prosseguir?

K > 1: produtos

K < 1: produtos K =

𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑜𝑠

𝑅𝑒𝑎𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠

Exemplo:

1,000 bar NO2 K= 6,84 a 298 K

Q < K ∆G < 0

0,381 bar

0,238 bar

Exercício: Introduziu-se em um recipiente de aço inox com capacidade de 1 L uma

mistura de 0,500 mol de H2 e 0,500 mol de I2 à temperatura de 430 °C. A constante de equilíbrio K da reação é 54,3 a esta temperatura. Calcule as concentrações de H2, I2 e HI no equilíbrio.

Efeitos externos sobre o equilíbrio:

Princípio de Le Châtelier

Prof. Edson Nossol

Uberlândia, 23/11/2016

Química Geral

Henri Louis Le Châtelier (1850-1936)

• Metalurgia, cimentos, vidros, combustíveis e explosivos • Gestão e processos industriais

Se um sistema em equilíbrio for perturbado externamente, o sistema ajusta-se de forma a minimizar a ação dessa perturbação.

adição de H2

adição de NH3

Relação entre Q e K

Relação entre Q e K

Q = [𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑜𝑠]

[𝑅𝑒𝑎𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠] K =

𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑜𝑠

𝑅𝑒𝑎𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠𝑒𝑞

Adição de reagentes

Q < K

Formando mais produtos

Adição de produtos

Q > K

Formando mais reagentes

∆G < 0 ∆G > 0

Exercício: Para melhorar a qualidade do ar, engenheiros químicos geralmente removem o enxofre do carvão e do gás natural tratando o combustível contaminado (H2S) com O2 :

2H2S(g) + O2(g) 2S(s) + 2H2O(g)

O que ocorre com a: (a) [H2O] se O2 é adicionado? (b) [O2] se H2S é removido? (c) [H2S] se O2 é adicionado? (d) [H2S] se enxofre é adicionado?

Variação no volume Uma diminuição no volume em um sistema gasoso causa um aumento da pressão total

PV= nRT 𝑷 = 𝒏

𝑽 𝑹𝑻

compressão

[P2] e [P4]

Volume dim.

Q= P4

*P2+2

Q<K

Variação no volume Uma diminuição no volume em um sistema gasoso causa um aumento da pressão total

PV= nRT 𝑷 = 𝒏

𝑽 𝑹𝑻

[P2] e [P4]

Volume

aum.

Q= P4

*P2+2

Q>K

expansão

Exercício

Variações na Temperatura

Variações na Temperatura

Pressão, Volume e Concentração Sem alteração de K

Temperatura Alteração de K

´direta ´endotérmico (absorve calor)

´inversa ´exotérmico (libera calor)

reagente

reagente

Variações na Temperatura

Pressão, Volume e Concentração Sem alteração de K

Temperatura Alteração de K

´direta ´endotérmico (absorve calor)

´inversa ´exotérmico (libera calor)

reagente

reagente

Variações na Temperatura

Aumento da temperatura: K

reagente

Diminuição da temperatura: K

endo T

Um aumento de temperatura favorece reações endotérmicas e uma diminuição de temperatura favorece reações exotérmicas

Exercício

DESAFIO!

Reação exotérmica

Como maximizar o rendimento?

Temperatura baixa (500 °C) Favorece produtos: OK Cinética lenta:

DESAFIO!

Reação exotérmica

Como maximizar o rendimento?

Remover produtos

Comprimir o volume