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REACES QUMICAS.

EQUILBRIO QUMICO HOMOGNEO.

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Mdulo Q3 Reaces Qumicas.

Equilbrio Qumico Homogneo.

REACES QUMICAS.


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1. Reaces Qumicas

1.1 Aspectos qualitativos de uma reaco qumica

Numa transformao ou reaco qumica h sempre formao de novas substncias

que se denominam produtos de reaco. De uma forma simples pode ser representada do

seguinte modo:

Reagentes Produtos da reaco

D-se o nome de reagentes s substncia que existem antes da reaco qumica

suceder enquanto que os produtos da reaco so as substncias que se obtm no fim desta.

Sinais que nos indicam a existncia de uma reaco qumica:

- Alterao de cor do sistema reaccional

- Alterao de temperatura

- Libertao de um gs (aparecimento de um produto gasoso)

- Formao de um slido (precipitado)

- Formao de chama

Para alm destas caractersticas os produtos de uma reaco podem ainda ser

detectados ao provocar comportamentos diferentes em outras substncias (indicadores).

Uma reaco qumica pode ser provocada pela aco de vrios factores:

- aco do calor

- aco da luz

- aco mecnica

- aco da corrente elctrica

- juno de substncias

Sabe-se que as unidades estruturais da matria so tomos, molculas ou ies. Como

que o comportamento destas unidades estruturais ao longo de uma reaco qumica?

Durante uma reaco qumica ocorre sempre uma ruptura de ligaes qumicas entre

os tomos, nos reagentes e formao de novas ligaes, dando origem aos produtos da

reaco. Por outras palavras existe uma reorganizao dos tomos. Exemplo:

REACES QUMICAS.


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1.1.1 Equaes Qumicas

Para representar, rpida e claramente, reaces qumicas, utilizam-se esquemas aos

quais se d o nome de equaes qumicas. Nas equaes qumicas, as substncias

intervenientes, reagentes e produtos da reaco, so representadas atravs das suas frmulas

qumicas. Indicam-se ainda os estados fsicos destas substncias (s- slido; l- lquido; g-

gasoso; aq- soluo aquosa).

Exemplo: Na combusto do metano, o metano combina-se com o oxignio do ar dando

origem a gua e dixido de carbono, segundo a seguinte equao qumica:

Reagentes Produtos da reaco

CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (g)

Estados fsicos

Leitura da equao qumica: o metano, no estado gasoso, reage com o oxignio, no estado

gasoso, originando dixido de carbono e gua, no estado gasoso.

Quantidades envolvidas na reaco qumica dada como exemplo:

1 molcula de metano 2 molculas de oxignio 1 molcula de dixido de

carbono 2 molculas de gua

1 mole de metano 2 moles de oxignio 1 mole de dixido de

carbono 2 moles de gua

16,05 g de metano 64,00 g de oxignio 44,01 g de dixido de

carbono 36,04g de gua

22,4 dm3 de metano 44,8 dm3 de oxignio 22,4 dm3 de dixido de

carbono 44,8 dm3 de gua

REACES QUMICAS.


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Para se calcular a massa (m) de uma substncia a partir da quantidade de substncia

(n) necessrio usar a seguinte expresso:

) g ( substncia da massa -

(mol) substncia de quantidade -

g/mol) ( substncia damolar massa -

m

n

M

M

mn

A massa molar pode ser calculada a partir das massas atmicas relativas dos tomos

que constituem uma substncia.

Ex: Massa molecular relativa da gua (H2O) Mr(H2O) = 2 Ar(H) + Ar(O)

Para se calcular o volume de uma substncia, a partir da quantidade de substncia (n),

utiliza-se a expresso que se segue, tendo em conta que o Volume molar, em condies PTN,

Vm = 22,4 dm3/mol:

1.1.2 Nomenclatura de compostos inorgnicos

A variedade de compostos inorgnicos obriga a que a que os agrupemos em famlias

qumicas, segundo a sua e estrutura e, portanto, de acordo com determinados grupos de

tomos neles existentes. Assim, temos os xidos, os cidos, os hidrxidos e os sais.

O nome do composto dado em funo da famlia qumica a que este pertence e de

acordo com as regras de nomenclatura propostas pela IUPAC (Unio Internacional de Qumica

Pura e Aplicada).

SAIS

Os sais so compostos inicos formados por caties ( excepo do H+) e por anies

( excepo do io hidrxido HO- e do io xido O

2-/O2

2-).

A frmula qumica do sais simples (formados por um s tipo de anio e um s tipo de

catio) obtm-se combinando os caties e os anies de forma a obter uma entidade

globalmente neutra, figurando o catio em primeiro lugar.

Na seguinte tabela apresentam-se os caties e anies mais comuns:

Caties Anies Alumnio (Al3+) Brometo (Br-)

Amnio (NH4+) Carbonato (CO32-)

Brio (Ba2+) Cianeto (CN-)

(mol) substncia de quantidade -

)(dm substncia da Volume - V

/mol)(dmmolar Volume -

3

3

n

V

n

VV

m

m

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Cdmio (Cd2+) Clorato (ClO3-),

Clcio (Ca2+) Cloreto (Cl-)

Chumbo(II) (Pb2+) Cromato (CrO42-)

Cobalto(II) (Co2+) Dicromato (Cr2O72-)

Cobre(I) (Cu+) Fluoreto (F-)

Cobre(II) (Cu2+) Fosfato (PO43-)

Estanho(II) (Sn2+) Hidrogenocarbonato ou bicarbonato (HCO3-)

Estrncio (Sr2+) Hidrogenofosfato (HPO42-)

Ferro (II) (Fe2+) Hidrogenossulfato (HSO4-)

Ferro (III) (Fe3+) Hidrxido (HO-)

Hidrognio (H+) Iodeto (I-)

Ltio (Li+) Nitrato (NO3-)

Magnsio (Mg2+) Nitrito (NO2-)

Mangans(II) (Mn2+) xido (O2-)

Mercrio(II) (Hg2+) Perxido (O22-)

Potssio (K+) Permanganato (MnO4-)

Prata (Ag+) Sulfato (SO42-)

Sdio (Na+) Sulfito (SO32-)

Zinco (Zn2+) Sulfureto (S2-)

Tiocianato (SCN-)

Como os compostos inicos so electricamente neutros a soma das cargas de caties

e anies de uma certa frmula tem de ser nula. assim obedecida a seguinte regra: O ndice

do catio numericamente igual carga do anio e o ndice do anio numericamente igual

carga do catio. Os seus nomes formam-se acrescentando-se ao nome do anio o nome do

catio presente no sal.

Exemplos:

Ies

Potssio nitrato

K+ NO3

-

K+ NO3

- KNO3

Nitrato de potssio

clcio nitrato

Ca2+

NO3-

Ca2+

NO3-

Ca(NO3)2

Nitrato de clcio

brio sulfato

Ba2+

SO42-

Ba2+

SO42-

BaSO4

Sulfato de brio

chumbo iodeto

Pb2+

I-

Pb2+

I-

PbI2

Iodeto de chumbo

sdio fosfato

Na+ PO4

3-

Na+ PO4

3- Na3PO4

Fosfato de sdio

alumnio sulfato

Al3+

SO42-

Al3+

SO42-

Al2(SO4)3

Sulfato de alumnio

XIDOS

Os xidos so compostos formados por oxignio e um outro elemento. Podem ser

inicos ou moleculares.

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Os xidos inicos so formados por anies xidos (O2-

) e caties metlicos, nas

propores estequiomtricas devidas.

As regras da sua nomenclatura so idnticas s dos sais. O nome formado pelo

termo xido seguido pelo nome do catio metlico presente.

Exemplos: Al2O3 xido de alumnio

Li2O xido de ltio

CaO xido de clcio

Certos metais podem formar mais que um catio, para designar esses caties usam-se

nmeros romanos. O ferro, por exemplo, pode formar dois caties: Fe2+

e Fe3+

. Nesta situao,

quando se l os nomes dos compostos que resultam da combinao destes caties, tem que

se indicar os nmeros romanos correspondentes dos caties.

Exemplo: os ies Fe2+

e O2-

do origem ao composto FeO que se designa xido de

ferro (II) os iesFe3+

e O2-

do origem ao composto Fe2O3 que se designa

xido de ferro (III)

Os xidos onde est presente o io 2

2O so casos especiais: tratam-se dos perxidos.

Exemplos: CaO2 Perxido de clcio

Na2O2 Perxido de sdio

Os xidos moleculares so constitudos por molculas em cuja constituio entra o

elemento oxignio e um catio no metlico.

O seu nome tambm formado pelo termo xido seguido pelo nome do catio no

metlico, acrescentando-lhe um prefixo indicativo do nmero de tomos de oxignio ou do

catio no metlico presente na molcula.

Exemplos:

CO (monxido de carbono)

CO2 (dixido de carbono)

SO2 (dixido e enxofre)

SO3 (trixido de enxofre)

NO2 (dixido de azoto)

N2O4 (tetrxido de diazoto)

Cl2O7 (heptxido de dicloro)

CIDOS

Prefixos

1 mono-

2 di-

3 tri-

4 tetra-

5 penta-

6 hexa-

7 hepta-

8 octa-

9 nona-

10 deca-

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Os cidos so substncias formadas por ies hidrognio (H+) e anies no metlicos.

Os nomes so iniciados pela palavra cido associado ao nome do anio:

- quando o nome do anio termina em eto, o nome do cido termina em drico;

- quando o nome do anio termina em ato, o nome do cido termina em ico;

- quando o nome do anio termina em ito, o nome do cido termina em oso.

HIDRXIDOS

Os hidrxidos so constitudos por caties metlicos e anies hidrxido, HO .

Os seus nomes formam-se acrescentando-se ao termo hidrxido o nome dos caties

metlicos presentes.

Exemplos: NaHO Hidrxido de sdio

KHO Hidrxido de potssio

Ca(HO)2 Hidrxido de clcio

1.1.3 Factores que influenciam a velocidade de uma reaco

As partculas que constituem uma dada substncia encontram-se em movimento,

tendo assim energia cintica. Ao movimentarem-se num dado espao, colidem entre si. a

Anio cido respectivo

F- (fluoreto) HF (cido fluordrico)

Cl- (cloreto) HCl (cido clordrico)

I- (iodeto) HI (cido ioddrico)

CN- (cianeto) HCN (cido ciandrico)

S2- (sulfureto) H2S (cido sulfdrico)


ClO4- (perclorato) HClO4 (cido perclrico)

ClO3- (clorato) HClO3 (cido clrico)

SO42- (sulfato) H2SO4 (cido sulfrico)

NO3- (Nitrato) HNO3 (cido ntrico)


ClO2- (clorito) HClO2 (cido cloroso)

ClO- (hipoclorito) HClO (cido hipocloroso)

SO32-(sulfito) H2SO3 (cido sulfuroso)

NO2-(nitrito) HNO2 (cido nitroso)

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energia envolvida nessas colises que utilizada na ruptura das ligaes existentes e no

estabelecimento de novas ligaes. Mas nem todas as colises permitem a ruptura/formao

de ligaes, assim d-se o nome de colises eficazes s que vo permitir a existncia de uma

reaco qumica.

A evoluo de uma reaco qumica depende do nmero de colises eficazes entre as

partculas dos reagentes. Quanto maior for o nmero de colises eficazes, mais rapidamente

evoluir a reaco. A eficcia das colises depende de trs parmetros fundamentais:

- do nmero de partculas de reagente e, portanto, do nmero total de colises;

- da energia envolvida nas colises;

- da orientao das partculas intervenientes nessas colises.

Existem assim alguns factores que favorecem a existncia de uma reaco qumica.

Concentrao dos reagentes

Em geral a velocidade de uma reaco tanto maior quanto maior for a concentrao

dos reagentes. Sabe-se que a velocidade do sistema reaccional diminui medida que os

reagentes se vo consumindo, ou seja, medida que a concentrao dos reagentes vai

diminuindo, sendo igual a zero quando um dos reagentes consumido.

Com o aumento da concentrao dos reagentes, cresce a probabilidade de colises

eficazes entre as partculas destes e de se formarem novas substncias.

Temperatura do sistema

Para a generalidade das reaces, quanto maior for a temperatura, maior ser a

velocidade da reaco. medida que a temperatura de um sistema reaccional aumenta,

aumenta a sua energia cintica interna (energia cintica das partculas que compem o

sistema), como consequncia, aumenta a energia das colises que se tornam, por isso, mais

eficazes, assim a velocidade da reaco aumenta.

A baixa temperatura, as reaces que esto na base da degradao dos alimentos so

muito mais lentas, por isso que se utiliza o frigorfico.

Estado de diviso dos reagentes (rea de contacto)

Em geral, quanto maior for o estado de diviso dos reagentes, maior a velocidade da

reaco. Quando temos um reagente slido se o partirmos em pedaos e o misturarmos com

um reagente lquido, estamos a aumentar a rea de contacto entre os dois reagentes. Este

facto leva ao aumento do nmero de colises entre as partculas, provocando um aumento da

velocidade da reaco.

Presso

Em geral, quanto maior for a presso do sistema reaccional, maior ser a velocidade

da reaco. Ao aumentar a presso a que se d a reaco, o espao entre as partculas

diminui, aumentando a probabilidade de existncia de colises.

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Luz

A luz um factor cintico cuja influncia se explica pela adio de energia ao sistema

reaccional. Essa energia usada para quebrar ligaes qumicas existentes, criando-se deste

modo condies para a ocorrncia de outras, levando formao de produtos da reaco.

Catalisadores

Catalisadores so substncias que modificam a velocidade de uma reaco sem que

sejam consumidos no processo.

Inibidores

Catalisadores cuja actuao se traduz pela diminuio da velocidade de uma reaco.

Por exemplo, o azoto nos sacos de batatas fritas servem para retardar a oxidao dos

leos utilizados.

Importncia dos catalisadores na indstria qumica

- Diminuem os tempos de reaco, baixam os custos de produo.

- Reaces lentas a temperaturas relativamente baixas podem tornar-se rpidas e

rentveis com o recurso a catalisadores.

- Trabalhar a temperaturas baixas: economia de energia; evita a ocorrncia de

reaces paralelas indesejveis (consumo desnecessrio de reagentes, formao de

contaminantes)

Enzimas

Catalisadores biolgicos que aumentam a velocidade das reaces bioqumicas.

Muitas reaces qumicas sem a presena de enzimas no aconteceriam. Praticamente todas

as reaces que caracterizam o metabolismo celular so catalisadas por enzimas.

Enzimas digestivas tais como a amilase, protease e lipase, reduzem os alimentos em

componentes menores que so mais facilmente absorvidos no tracto digestivo.

Uma aplicao industrial a produo de antibiticos em larga escala. Encontram-se

tambm determinados tipos de enzimas em produtos de limpeza, para ajudar a digerir

gorduras e protenas presentes em ndoas.

Importncia ambiental dos catalisadores

A combusto de gasolina nos motores dos automveis produz em maior quantidade

dixido de carbono e vapor de gua. Como a combusto no completa, a gasolina no reage

inteiramente com o oxignio. H ainda a produo de monxido de carbono, xidos de azoto e

dixido de enxofre que so provenientes da combusto das impurezas presentes na gasolina,

hidrocarbonetos que no foram queimados, etc. Estes compostos saem todos pelo tubo de

escape do automvel, poluindo a atmosfera. Com excepo do CO2 e da H2O, os outros so

altamente nocivos sade humana.

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Uma das formas de reduzir a concentrao de substncias nocivas que saem pelo

tubo de escape incorporar um catalisador no escape do automvel. O catalisador vai fazer

com que a velocidade das reaces que transformam os gases nocivos em CO2 e H2O e azoto

(N2) aumente.

1.2 Aspectos Quantitativos das Reaces Qumicas

Uma equao qumica no informa sobre o mecanismo envolvido, dinmica do

processo e tempo de durao de uma reaco qumica, mas informa sobre a proporo em

que os reagentes e os produtos envolvidos numa reaco.

Para se compreender e usar a informao que obtida a partir de uma equao

qumica necessrio ter em conta algumas leis.

1.2.1 Leis a que obedecem as reaces qumicas

Lei da conservao da massa (Lavoisier, sculo XVIII)

Numa reaco qumica existe uma reorganizao das partculas que compem as

substncias envolvidas. Assim, a massa dos produtos formados no final da reaco tem de ser

igual massa dos reagentes que existiam no incio.

Enunciado da lei: Numa reaco qumica a massa conserva-se porque no ocorre

criao nem destruio de tomos. Os tomos so conservados, eles apenas se rearranjam.

Os agregados atmicos dos reagentes so desfeitos e novos agregados atmicos so

formados.

Lei das propores definidas (Joseph Proust)

Num dado composto qumico fixa a proporo (em massa) dos elementos que a

compem, independentemente da origem do composto ou do processo de obteno. (Isto

significa que, por exemplo, o cido sulfrico se representa sempre por H2SO4,

independentemente do processo de obteno.)

A hiptese de Avogadro (Amadeo Avogadro)

Igual volume de diferentes gases contm igual nmero de partculas (nas mesmas

condies de presso e temperatura).

1.2.2 Processo para acerto de esquemas qumicos

1. Contar o n. de tomos de cada espcie presente nos reagentes e nos produtos.

2. Identificar os tomos que no esto em igual nmero nas duas colunas.

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3. Comear por acertar o tomo que parea ser o de mais simples acerto.

4. Refazer a contagem de cada espcie de tomos tanto nos reagentes como nos

produtos.

Exemplo: Reaco do sdio com a gua

Na (s) + H2O (l) NaOH (aq) + H2 (g)

1.

Reagentes Produtos Na 1 Na 1 H 2 H 3 O 1 O 1

2. O hidrognio no est em igual nmero nos dois lados da equao, por isso, necessrio

acertar o nmero de hidrognios.

3. 2 Na (s) + 2 H2O (l) 2 NaOH (aq) + H2 (g) 4.

Reagentes Produtos

Na 2 Na 2 H 4 H 4 O 2 O 2

A equao j est acertada.

1.2.3 Reaces completas e incompletas

Reagente limitante

Nas reaces qumicas, raramente as quantidades relativas de reagentes obedecem

s propores estequiomtricas. Nestas condies h sempre um dos reagentes que se

esgota primeiro, a esse reagente d-se o nome de reagente limitante.

O reagente limitante aquele que condiciona a quantidade possvel (terica) que se

pode obter do(s) produto(s) e por isso o que existe em menor quantidade relativa.

Se um dos reagentes o limitante, ento o(s) outro(s) ser(o) o(s) reagente(s) em

excesso, uma vez que est(o) presentes na mistura reaccional em quantidades superiores s

exigidas pela estequiometria da reaco qumica.

A reaco termina quando o reagente limitante se esgota.

No final da reaco sobra sempre uma parte do(s) reagente(s) que se encontram em

excesso.

Rendimento de uma reaco

Na prtica, a(s) quantidade(s) de produto(s) que se forma(m) (so) inferior(res) s

quantidades previstas teoricamente. O sucesso de uma reaco pode avaliar-se atravs do

clculo do rendimento da reaco que se costuma designar por .

O rendimento exprime-se, geralmente, em percentagem (%).

REACES QUMICAS.


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Para gases:

ou ou

Mesmo que todos os reagentes estejam na proporo estequiomtrica (proporo

indicada pelos coeficientes da equao qumica respectiva), o rendimento de uma reaco

quase sempre inferior a 1 (ou a 100%), que se deve, fundamentalmente:

reversibilidade de alguns processos (ocorrncia da reaco inversa, que pode

conduzir ao equilbrio qumico);

ocorrncia de reaces secundrias em que um dos reagentes comum

reaco principal.

Uma reaco diz-se completa, se pelo menos um dos reagentes se transforma quase

integralmente nos produtos de reaco, ou seja, se o seu rendimento se aproxima muito de

100% (ou 1). E diz-se incompleta se nenhum deles se esgota, sendo neste caso o rendimento

inferior a 100% (ou 1).

O aumento da rapidez de uma reaco s implica a diminuio do intervalo de tempo

necessrio para se obter a mesma quantidade de produto; no h assim aumento na

quantidade obtida e, consequentemente, aumento do rendimento.

Grau de pureza dos componentes de uma mistura reaccional

Geralmente, a quantidade de substncia (n), a massa (m) ou volume (gases) real de

produto inferior quantidade, massa ou volume tericos devido existncia de impurezas

nos reagentes.

Nem os reagentes com o mais elevado grau de pureza so 100% puros.

2. Aspectos Energticos de uma Reaco Qumica

2.1 Energia envolvida numa reaco qumica

Uma reaco qumica envolve sempre variaes de energia. Os sistemas qumicos

so formados por enormes quantidades de partculas que possuem energia, essa energia

constitui a energia interna do sistema.

100produto do terico(gases) ou volume massa ,substncia de Quantidade

produto de real (gases) ou volume massa ,substncia de Quantidade

100xtericon

realn

)(

)(100x

tericom

realm

)(

)(100x

tericoV

realV

)(

)(

100impurezas) mais pura (substcia material do massa

pura substncia da massa pureza(%) deGrau

REACES QUMICAS.


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A energia interna do sistema constituda por dois tipos fundamentais de energia, a

energia cintica associada ao movimento das partculas e a energia potencial que est

associada interaco entre as partculas (foras intramoleculares e foras intermoleculares).

Como j sabido numa reaco qumica h quebra das ligaes dos reagentes e

formao de novas ligaes dando origem aos produtos da reaco. A nvel energtico este

processo pode ser dividido em duas fases. Numa primeira fase, o sistema recebe energia de

forma a quebrar as ligaes existentes entre as partculas dos reagentes. Numa segunda fase,

h libertao de energia como consequncia da formao de novas ligaes.

A energia que absorvida para ruptura de uma ligao sempre simtrica energia

libertada na formao dessa mesma ligao.

De seguida encontram-se alguns valores de energia mdia envolvidos na

quebra/formao de ligaes:

Por conveno, as energias que entram no sistema so positivas e as energias de

sada so negativas.

A energia da reaco (que a presso constante se designa por variao de entalpia e

representa-se por H) corresponde ao saldo energtico entre a energia recebida no sistema

para a quebra de ligaes (nos reagentes) e a energia libertada na formao de novas

ligaes (nos produtos).

A variao de entalpia, H, a quantidade de energia posta em jogo numa reaco

qumica, a presso constante, e exprime-se em J.mol-1

.

Exerccio resolvido:

A combusto completa do metano d origem a dixido de carbono e gua, segundo a equao

qumica:

CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (g)

Ligao Energia (kJ.mol-1) Ligao Energia (kJ.mol-1)

HH 432 CC 346

ClCl 243 C=C 610

O=O 495 C=C 835

N=N 945 C=O 745

O=S 469 CH 413

NH 391 CCl 338

OH 460 CBr 284

REACES QUMICAS.


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Calcule a energia envolvida nesta reaco.

Balano energtico da reaco qumica, em sistema isolado:

H = energia consumida + energia libertada = 2632 + (- 3434)

H = - 802 kJ

2.2 Reaces endotrmicas e exotrmicas

Analisando uma situao simples em que um sistema troca energia sob a forma de

calor com as suas vizinhanas. A reaco diz-se exotrmica, se o sistema cede energia s

vizinhanas, aquecendo-as. o que acontece quando uma reaco exotrmica ocorre num

copo de vidro ou vaso metlico: as paredes do recipiente e o ar em volta aquecem. Pelo

contrrio, se a reaco for endotrmica, o sistema recebe energia das vizinhanas, que

arrefecem.

Concluso, se o sistema no for isolado, h aquecimento ou arrefecimento das

vizinhanas e a temperatura do sistema, aps a transferncia de energia, permanece

inalterada.

Reagentes CH4 + 2 O2 Ruptura 4x(C-H) = 4 x 441 kJ = 1644 kJ Ruptura 2x(O-O) = 2 x 494 kJ = 988 kJ Energia total necessria para a ruptura de ligaes = 2632 kJ

Produtos CO2 + 2 H2O Formao 2x(C=O) = 4 x 799 kJ = 1598 kJ Formao 4x(O-H) = 4 x 459 kJ = 1836 kJ Energia total necessria na formao de ligaes = 3434 kJ

REACES QUMICAS.


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Nas reaces exotrmicas, a energia necessria para quebrar as ligaes dos

reagentes menor do que a energia libertada na formao dos produtos. Neste caso, a

variao de entalpia negativa ( H0).

Ex: Dissoluo de alguns sais em gua

Os produtos da reaco tm maior energia do que os reagentes pois, durante o

processo, absorvem energia. Reagentes + Energia Produtos

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3. Reaces incompletas e equilbrio qumico

3.1 Reversibilidade das reaces qumicas

Como j foi referido anteriormente, uma reaco qumica diz-se completa, quando

leva ao esgotamento de pelo menos um dos reagentes. Mas nem todas as reaces so

completas. Quando nenhum dos reagentes se esgota, a reaco diz-se incompleta, ficando

uma mistura de todos os reagentes e de todos os produtos da reaco.

Uma reaco reversvel se h formao de produtos de reaco a partir da

diminuio da concentrao dos reagentes, sem que estes se esgotem e, simultaneamente, os

produtos de reaco reagem entre si originando os reagentes.

Uma reaco reversvel representada por uma dupla seta, com sentidos opostos (

), visto que ocorrem simultaneamente duas reaces:

- A reaco directa, em que os reagentes originam os produtos de reaco. Os

reagentes desta reaco, por conveno, representam-se esquerda da seta.

- A reaco inversa, em que os produtos da reaco directa reagem entre si para

regenerar os reagentes que lhe deram origem. Por conveno, os reagentes desta reaco

representam-se direita da seta.

Um exemplo de uma reaco reversvel a sntese do amonaco, em sistema fechado:

3.1.1 Equilbrio qumico. Equilbrio dinmico.

As reaces reversveis tendem a um estado de equilbrio, que atingido quando os

valores das velocidades das reaces directa e inversa se igualarem.

A partir desse instante de tempo, as concentraes das espcies qumicas

intervenientes na reaco permanecem constantes ao longo do tempo.

REACES QUMICAS.


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Macroscopicamente, quando um sistema se encontra em equilbrio qumico, a uma

dada temperatura, no se registam mudanas observveis de propriedades fsico-qumicas ao

longo do tempo (cor, concentrao dos componentes, presso, volume, temperatura e outros).

No entanto, a reaco no pra, os reagentes continuam a formar os produtos da reaco, e

vice-versa.

Da um estado de equilbrio qumico de um sistema ser um estado de equilbrio

dinmico, em que a rapidez de variao de uma dada propriedade num sentido igual

rapidez de variao da mesma propriedade no sentido inverso.

O estado de equilbrio qumico pode ser identificado atravs de grficos.

3.1.2Variao da concentrao em funo do tempo

Em 1:

- as concentraes dos reagentes

diminuem

- as concentraes dos produtos

aumentam;

- o sistema no atingiu um estado de

equilbrio.

Em 2:

- as concentraes dos reagentes e dos produtos permanecem constantes;

- o sistema atingiu um estado de equilbrio.

3.1.3 Variao da velocidade de reaco em funo do tempo

Em 1:

- a velocidade de consumo dos reagentes

(reaco directa) superior

velocidade de regenerao dos

reagentes (reaco inversa);

- o sistema no atingiu um estado de

equilbrio.

Em 2:

REACES QUMICAS.


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- a velocidade da reaco no sentido tempo directo (consumo de reagentes) igual velocidade de

reaco no sentido inverso (regenerao dos reagentes);

- o sistema atingiu um estado de equilbrio.

Se os componentes de uma mistura reaccional se encontram todos na mesma fase,

quando atingem um estado de equilbrio, este designado por equilbrio qumico

homogneo.

A sntese do amonaco, quando ocorre em sistema fechado, um exemplo de um

equilbrio qumico homogneo.

3.2 Aspectos quantitativos do equilbrio qumico

3.2.1 Constante de equilbrio qumico - Lei de Guldberg e Waage

Um sistema fechado atinge o equilbrio qumico quando as concentraes dos

diferentes intervenientes permanecem constantes, independentemente das concentraes

iniciais.

Atravs da Lei de Guldberg e Waage (Lei da aco das massas ou Lei do equilbrio

qumico) possvel determinar a constante de equilbrio Kc .

Lei de Guldberg e Waage: Num sistema em equilbrio qumico e a temperatura constante,

verifica-se que o quociente entre o produto das concentraes dos produtos de reaco, elevados aos

respectivos coeficientes estequiomtricos, e o produto das concentraes dos reagentes, igualmente

elevados aos respectivos coeficientes estequiomtricos, constante.

Esse valor constante designado de constante de equilbrio (Kc) e s depende da

temperatura a que decorre a reaco e da natureza dos reagentes. Considerando uma

reaco genrica traduzida pela seguinte equao qumica

a A + b B c C + d D

(as substncias A, B, C e D encontram-se na fase gasosa e/ou aquosa) a constante de

equilbrio para a reaco no sentido directo, traduzida por:

b

eq

a

eq

d

eq

c

eq

cBA

DCK

][][

][][

em que [A]eq, [B]eq [C]eq [D]eq so as concentraes quando se atinge o estado de equilbrio e

os expoentes a, b, c e d so os respectivos coeficientes estequiomtricos.

As concentraes dos reagentes e dos produtos so expressas em mol.dm-3

. No

entanto, a constante de equilbrio adimensional (no tem unidades).

REACES QUMICAS.


19

3.2.2 Quociente de reaco

O quociente de uma reaco, Q, determinado a partir de uma expresso idntica

da constante de equilbrio da mesma reaco, mas as concentraes dos componentes da

mistura reaccional so as existentes em situaes de no equilbrio.

Para a reaco genrica: a A + b B c C + d D

o quociente da reaco directa, Q, dado pela expresso: ba

dc

BA

DCQ

][][

][][

em que [A], [B], [C] e [D] so as concentraes dos intervenientes gasosos e/ou aquosos em

situao de no equilbrio e a, b, c e d so os coeficientes estequiomtricos.

3.2.3 Sentido dominante da progresso da reaco

Um sistema qumico que no se encontra em equilbrio vai evoluir de modo a atingir

um estado de equilbrio - para isso poder ocorrer predominantemente no sentido directo ou

no sentido inverso.

Comparando valores de Q com valores conhecidos de Kc, a uma dada

temperatura, podemos prever o sentido da progresso da reaco relativamente a um

estado de equilbrio.

Se Sentido de progresso da reaco O estado de equilbrio atingido se: Q > Kc Sentido inverso - aumentar a concentrao dos reagentes e diminuir a

concentrao dos produtos.

- a velocidade da reaco no sentido inverso aumentar

de modo a aumentar as concentraes dos reagentes.

Q < Kc Sentido directo - aumentar a concentrao dos produtos e diminuir a

concentrao dos reagentes.

- a velocidade da reaco no sentido directo aumentar

de modo a aumentar as concentraes dos produtos.

Quando Q = Kc o sistema encontra-se num estado de equilbrio - no sistema, as

reaces no sentido directo e no sentido inverso ocorrem com a mesma velocidade.

3.2.4 Extenso de uma reaco

A constante de equilbrio permite caracterizar uma reaco a uma dada temperatura,

REACES QUMICAS.


20

podendo ser relacionada com a extenso de uma reaco.

Se o valor de Kc elevado (Kc >> 1)

- concentrao dos produtos > concentrao dos reagentes, quando se atinge o

equilbrio.

- reaco muito extensa no sentido directo.

Se o valor de Kc pequeno (Kc

REACES QUMICAS.


21

3.3.2 Efeito da variao da temperatura, da alterao da concentrao e da

presso

A variao de temperatura afecta os sistemas em equilbrio, uma vez que altera o valor

da constante de equilbrio (esta s depende da temperatura).

A influncia da temperatura no valor de Kc diferente conforme a reaco

endoenergtica ou exoenergtica.

Nas reaces endoenergticas - H > 0

- um aumento de temperatura favorece a reaco no sentido directo, levando

a um aumento do Kc.

- uma diminuio de temperatura favorece a reaco no sentido inverso,

levando a uma diminuio de Kc.

Nas reaces exoenergticas - H < 0

- um aumento da temperatura favorece a reaco no sentido do consumo de

energia, isto , no sentido inverso, levando a uma diminuio de Kc.

- uma diminuio de temperatura favorece a reaco no sentido da libertao

de energia, isto , no sentido directo, levando a um aumento de Kc.

Um aumento de temperatura favorece reaces endoenergticas. E uma diminuio

de temperatura favorece reaces exoenergticas.

Se um sistema sofre uma alterao da concentrao:

Por exemplo, na reaco de sntese do amonaco

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

- Se aumentarmos a concentrao de N2 (e/ou H2), o sistema reage a este aumento

evoluindo no sentido directo at se atingir o equilbrio.

- Se aumentarmos a concentrao de NH3, o sistema reage a este aumento

evoluindo no sentido inverso at se atingir um novo estado de equilbrio.

REACES QUMICAS.


22

Um sistema reaccional, em equilbrio, s pode ser afectado pela variao de presso,

quando nestes intervm componentes no estado gasoso, pois os slidos e os lquidos so

praticamente incompressveis.

A variao de presso de um sistema reaccional, em equilbrio, pode ser conseguida

por variao de volume do sistema. A presso e o volume de um sistema gasoso so

grandezas inversamente proporcionais. Quando se diminui o volume do sistema, aumenta-se a

presso, e quando se aumenta o volume do sistema, diminui-se a presso. O sistema evoluir

de acordo com as alteraes de presso.

Se a proporo estequiomtrica dos reagentes for igual proporo estequiomtrica

dos produtos, o aumento de presso no altera o estado de equilbrio. Por exemplo,

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

2 mol 2 mol

Nesta reaco no h variao do nmero de moles de gases ( igual nos dois

membros), a variao da presso (ou de volume) no altera a posio de equilbrio.

3.3.3 Efeito do catalisador sobre o sistema reaccional

Na produo de uma determinada substncia poder-se- aumentar a quantidade de

produto controlando a presso e a temperatura do sistema ou atravs da presena de um

reagente em excesso. Contudo, os processos podem ser lentos e para aumentar a sua

velocidade utilizam-se os catalisadores.

Os catalisadores so substncias que intervm no sistema reaccional, alterando, de

REACES QUMICAS.


23

igual modo, a velocidade da reaco directa e da reaco inversa, sem que afectem o estado

de equilbrio e sem que sejam consumidos.

A presena de um catalisador no influencia as quantidades produzidas, s permitindo

um aumento da eficincia, em relao ao tempo de produo, uma vez que permite que o

estado de equilbrio seja mais rapidamente estabelecido.

sebenta módulo q3.pdf

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