denis queiroz dos reis 15759 felipe loschi de quadros 15762 engenharia de controle e automação
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Denis Queiroz dos Reis 15759
Felipe Loschi de Quadros 15762
Engenharia de Controle e Automação
Equilíbrio Químico
Sumário
1. Conceito de Equilíbrio
• A Constante de Equilíbrio
• Equilíbrios Heterogêneos
• Cálculo das Constantes de Equilíbrio
• Aplicações das Constantes de Equilíbrio
• Princípio de Le Châtelier
Equilíbrio Químico Conceito de Equilíbrio
No equilíbrio:
Velocidade dos reagentes é igual à velocidade dos produtos
Se A e B forem solutos em solução, as concentrações são expressas em quantidade de matéria por volume.
No caso de A e B serem gases, podemos converter as concentrações em pressões parciais por meio da equação do gás ideal.
Equilíbrio Químico
Quando o equilíbrio é atingido as pressões parciais se tornam constantes, e as velocidades da reação direta e inversa são iguais.
Conceito de Equilíbrio
Para indicar que no equilíbrio a reação continua ocorrendo nos dois sentidos, usamos a seguinte representação
Equilíbrio QuímicoConceito de Equilíbrio
O processo de Haber
O processo de Haber consiste em obter amônia NH3(g) a partir de H2(g) e N2(g).
A engenharia necessária para implementar esse processo requer o uso de altas temperaturas e pressões.
Equilíbrio QuímicoA Constante de Equilíbrio
Chamando Keq a razão entre Kd e Ki
Essa equação vale para os gases. No caso de reagentes e produtos estarem todos em solução, temos a seguinte equação:
Equilíbrio QuímicoA Constante de Equilíbrio
A condição de equilíbrio pode ser atingida a partir de qualquer sentido.
O equilíbrio é atingido a partir de H2 e N2
O equilíbrio é atingido começando apenas com NH3
Equilíbrio QuímicoA Constante de Equilíbrio
Ordem de Grandeza das Constantes
• Se Keq>>>1, o equilíbrio encontra-se à direita, com mais produtos do que reagentes.
• Se Keq<<<1, o equilíbrio encontra-se à esquerda, com mais reagentes do que produtos.
Equilíbrio QuímicoA Constante de Equilíbrio
Manipulando os Valores da Constante de Equilíbrio
• A constante de equilíbrio de uma reação no sentido inverso é o inverso da constante da reação no sentido direto.
• Se duas equações forem somadas, a constante da equação global é o produto das constantes.
• A constante de equilíbrio de uma equação multiplicada por um número é a constante de equilíbrio elevada àquele número.
Equilíbrio QuímicoEquilíbrios Heterogêneos
Em muitos equilíbrios, quando todas as substâncias estão numa mesma fase, o equilíbrio é chamado de equilíbrio homogêneo, caso as substâncias estejam em diferentes fases, o equilíbrio é chamado de equilíbrio heterogêneo.
No caso do equilíbrio heterogêneo, o cálculo da constante de equilíbrio é feito da mesma forma que para o homogêneo, porém deve-se excluir os sólidos e líquidos puros da expressão da constante.
Como exemplo temos a decomposição do CaCO3
Equilíbrio QuímicoEquilíbrios Heterogêneos
A decomposição do CaCO3 é um equilíbrio heterogêneo. À mesma temperatura, a pressão de CO2 é igual nos dois recipientes, mesmo que as quantidades relativas de CaCO3 e CaO sejam diferentes entre si.
Neste caso, Keq é:
Equilíbrio QuímicoEquilíbrios Heterogêneos
Exercício:
Determinar quais das seguintes misturas é capaz de atingir o equilíbrio expresso pela equação de decomposição do CaCO3.
CaCO3(s) ↔ CaO(s) + CO2(g)
a) CaCO3 puro; b) CaO e uma pressão parcial de CO2 maior que o valor de Keq; c) um pouco de CaCO3 e uma pressão de CO2 maior que o valor de Keq.
Equilíbrio QuímicoCálculo das Constantes de Equilíbrio
Quando as concentrações ou as pressões parciais de todos os produtos e reagentes são conhecidas, a constante de equilíbrio poderá ser calculada diretamente a partir da expressão da constante de equilíbrio.
Caso contrário, se conhecemos a concentração no equilíbrio de no mínimo uma espécie, usamos a estequiometria da reação para deduzir as concentrações no equilíbrio das outras espécies, seguindo os procedimentos:
1. Tabelar as concentrações iniciais e no equilíbrio de todas as espécies da expressão da constante de equilíbrio;
2. Tabelar também a variação entre o início e equilíbrio de todas as outras espécies utilizando a estequiometria;
3. A partir daí, calcular as concentrações no equilíbrio e posteriormente a constante de equilíbrio.
Equilíbrio QuímicoCálculo das Constantes de Equilíbrio
Exercícios:
1. Uma mistura de hidrogênio e nitrogênio em um recipiente de reação atinge o equilíbrio a 472°C. A mistura de gases em equilíbrio foi analisada e descobriu-se que ela contém 7,38 atm de H2, 2,46 atm de N2 e 0,166 atm de NH3. A partir desses dados calcule a constante de equilíbrio, Keq, para:
Equilíbrio QuímicoCálculo das Constantes de Equilíbrio
2. Dissolve-se uma quantidade de amônia suficiente em 5,00 litros de água a 25°C para produzir uma solução de 0,0124 mol/L de amônia. A solução é mantida até que atinja o equilíbrio. A análise da mistura em equilíbrio mostra que a concentração de OH- é 4,64 x 10-4 mol/L. Calcule a Keq a 25°C para a reação.
Equilíbrio QuímicoAplicações das Constantes de Equilíbrio
A constante de equilíbrio pode ser utilizada para determinarmos o sentido de uma reação química e também obter as concentrações no estado de equilíbrio.
Determinando o sentido da reação:
Quando substituímos os valores de pressões parciais ou concentrações dos produtos e reagentes na expressão da Keq , o resultado é conhecido como quociente de reação, representado pela letra Q. Existem três situações relacionando Q e Keq
Equilíbrio QuímicoAplicações das Constantes de Equilíbrio
A figura seguinte ilustra a relação de Q e Keq
1. Se Q = Keq , o sistema está em equilíbrio.
2. Se Q > Keq , a reação caminha da direita para a esquerda.
3. Se Q < Keq , a reação caminha da esquerda para a direita.
Equilíbrio QuímicoAplicações das Constantes de Equilíbrio
Exercício:
A 448°C a constante de equilíbrio, Keq, para a reação
é 51. Determine como a reação prosseguirá para atingir o equilíbrio a 448°C se começarmos com 2,0 x 10-2 mol de HI, 1,0 x 10-2 mol de H2 e 3,0 x 10-2 mol de I2 em um recipiente de 2,00 L.
Equilíbrio QuímicoAplicações das Constantes de Equilíbrio
Exercício:
A 448°C a constante de equilíbrio, Keq, para a reação
é 51. Determine como a reação prosseguirá para atingir o equilíbrio a 448°C se começarmos com 2,0 x 10-2 mol de H2 e 3,0 x 10-2 mol de I2 em um recipiente de 2,00 L.
Equilíbrio QuímicoAplicações das Constantes de Equilíbrio
Cálculo das concentrações no equilíbrio:
Na química muitas vezes há a necessidade de calcular as quantidades de reagentes e produtos. Para resolver problemas desse tipo usamos um método similar ao utilizado para resolver problemas que envolvem o cálculo da Keq. O que acontece é que nesse caso a constante de equilíbrio é conhecida e devemos portanto calcular as quantidades das espécies no equilíbrio.
Equilíbrio QuímicoPrincípio de Le Châtelier
“Se um sistema em equilíbrio é perturbado por uma variação na temperatura, pressão ou concentração de um dos componentes, o sistema deslocará sua posição de equilíbrio de tal forma a neutralizar o efeito do distúrbio”.
Conceito
Equilíbrio QuímicoPrincípio de Le Châtelier
Variações de Volume e Pressão
•Se a pressão total sobre o sistema for aumentada, a reação se desloca no sentido de reduzir o número de moléculas de gás.
•Se a pressão total sobre o sistema for reduzida, a reação se desloca no sentido de aumentar o número de moléculas de gás.
Variação nas concentrações de reagente ou produto
•Se uma substância é adicionada a um sistema em equilíbrio, a reação se desloca de forma a consumir essa substância.
•Se uma substância é retirada de um sistema em equilíbrio, a reação se desloca de forma a produzir essa substância.
Equilíbrio QuímicoPrincípio de Le Châtelier
Variação da Temperatura
Em uma reação endotérmica podemos considerar o calor como um reagente, enquanto em uma reação exotérmica podemos considerá-lo um produto.
A mudança na temperatura influi no valor da constante de equilíbrio. Para reações diretas:
endotérmicas, o aumento da temperatura resulta em aumento de Keq
exotérmicas: O aumento da temperatura resulta em diminuição de Keq
O resfriamento de uma reação tem o efeito oposto de aquecê-la.
Equilíbrio QuímicoPrincípio de Le Châtelier
Lentes Fotocromáticas
O cloreto de prata (AgCl), quando na lente, dá uma aparência clara para a mesma, já a prata metálica (Ag), quando é formada na lente, dá uma aparência escura à lente.
Equilíbrio QuímicoPrincípio de Le Châtelier
Influência do Catalisador
•O catalisador aumenta as velocidades tanto da reação direta quanto da inversa, ou seja, ele aumenta a velocidade na qual o equilíbrio é atingido•O valor da constante de equilíbrio não é alterado pela presença do catalisador.
Equilíbrio Químico
Referências Bibliográficas
-Química: A Ciência Central, 9ª edição, Brown, LeMay, Bursten
- http://www.quiprocura.net/equilibrio.htm
- http://inovacao.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1808-23942007000200022&lng=en&nrm=iso