Aula 1 - Equilibrio Quimico

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

Universidade de Brasília (UnB)
Instituto de Química
Química Geral Teórica
REAÇÕES QUÍMICAS REAÇÕES QUÍMICAS REAÇÕES QUÍMICAS REAÇÕES QUÍMICAS 
E O AMBIENTEE O AMBIENTE
Prof. Marcelo Rodrigues dos SantosProf. Marcelo Rodrigues dos Santos
Equilíbrio Químico
Reações Químicas e o Ambiente 
• Equilíbrio químico: Condição na qual as
concentrações de todos os reagentes e
produtos em um sistema fechado param de
variar como tempo.
• O equilíbrio químico ocorre quando duas
reações opostas acontecem a velocidades
iguais
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)
SO3 (g) + H2O (l) H2SO4 (aq)
CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)
3 O2 2 O3 (g)
• No equilíbrio, tanto N2O4 reage para formar NO2
quanto NO2 reage para formar outra vez N2O4:
N2O4(g) 2NO2(g)
• As duas espécies coexistem. 
• A seta dupla indica processo dinâmico (as
velocidades são iguais)
N2O4(g) 2NO2(g)
• Considere o processo de Haber:
• Se começarmos com uma mistura de nitrogênio e
hidrogênio (em quaisquer proporções), a reação
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
hidrogênio (em quaisquer proporções), a reação
alcançará o equilíbrio com uma concentração
constante de nitrogênio, hidrogênio e amônia.
• No entanto, se começarmos apenas com amônia e
nenhum nitrogênio ou hidrogênio, a reação
prosseguirá e N2 e H2 serão produzidos até que o
equilíbrio seja alcançado.
• Não importa a composição inicial de reagentes e 
produtos, a mesma proporção de concentrações é 
alcançada no equilíbrio.
Outra forma de olhar o andamento de uma reação
Reação Produto-Favorecida Reação Reagente-Favorecida
• Para uma reação geral
a expressão dA constante de equilíbrio para tudo
em solução é
aA + bB cC + dD
em solução é
onde Keq é A constante de equilíbrio.
[ ] [ ]
[ ] [ ]ba
dc
eqK
BA
DC
=
• Para uma reação geral na fase gasosa
a expressão da constante de equilíbrio é
aA + bB cC + dD
onde Keq é A constante de equilíbrio.
ba
dc
eq
PP
PP
K
BA
DC
=
• Escreva a expressão de equilíbrio para Keq
para as seguintes reações:
a- 2NO(g) + Cl2(g)↔ 2NOCl(g)a- 2NO(g) + Cl2(g)↔ 2NOCl(g)
b- Ag+(aq) + 2NH3(aq)↔ Ag(NH3)2+(aq)
Determinando o sentido de reação
• Definimos Q, o quociente da reação, para uma
reação geral como:
ba
dc
PP
PPQ
BA
DC
=
• Se a proporção entre produtos e reagentes tiver
um valor diferente de K, o sistema não está em
equilíbrio e pode-se prever em que direção a
reação continuará para atingir o equilíbrio.
• Q = K somente no equilíbrio.
PP BA
Quociente de Reação
Quociente de 
Reação
Quando a reação se encontra em equilíbrio, o quociente de 
reação é denominado Constante de Equilíbrio (K).
Constante de 
Equilíbrio
Keq = 
no estado de Equilíbrio
Prevendo o sentido da reação
• Se Q > K, a reação inversa deve ocorrer para atingir o equilíbrio
(ex., produtos são consumidos, reagentes são formados).
• Se Q < K, então a reação direta deve ocorrer para atingir o
equilíbrio.
• Suponha que coloquemos uma mistura de 2,0 mol
de H2, 1,0 mol de N2 e 2,0 mol de NH3 em um
recipiente de 1,0L a 472oC. N2 e H2 reagirão para
formar mais NH3?3
N2(g) + 3H2(g)↔ 2NH3(g)
• O valor de K indica se uma reação é produto favorecida 
ou reagente favorecida.
• Quanto maior for K, mais produtos estarão presentes no 
equilíbrio e de modo inverso, quanto menor for K, mais 
reagentes estarão presentes no equilíbrio.
• Se K >> 1, os produtos predominam no equilíbrio.• Se K >> 1, os produtos predominam no equilíbrio.
• Se K << 1, os reagentes predominam no equilíbrio.
• Um equilíbrio pode ser abordado a partir de qualquer sentido.
• Exemplo:
• tem
N2O4(g) 2NO2(g)
46.6
42
2
ON
2
NO
==
P
P
Keq
• No sentido inverso:
42ON
P
46.6
1155.02
NO
ON
2
42
===
P
P
Keq
2NO2(g) N2O4(g)
• A multiplicação dos coeficientes estequiométricos é 
refletida pela constante.
tem
2N2O4(g) 4NO2(g)
4
NO2
P
Keq =
o qual é o quadrado da constante de equilíbrio para
2
ON 42
2
P
Keq =
N2O4(g) 2NO2(g)
• A constante de equilíbrio para o sentido inverso é
o inverso daquela para o sentido direto.
• Quando uma reação é multiplicada por um
número, A constante de equilíbrio é elevada
àquela potência.àquela potência.
• A constante de equilíbrio para uma reação que é a
soma de outras reações é o produto das constantes
de equilíbrio para as reações individuais.
• Dada as seguintes informações:
– HF(aq)↔ H+(aq) + F-(aq) Keq = 6,8x10-4
– H2C2O4(aq)↔ 2H+(aq) + C2O42-(aq) Keq = 3,8x10-6
• Determine o valor da constante de equilíbrio para• Determine o valor da constante de equilíbrio para
a seguinte reação:
2 HF(aq) + C2O42-(aq) ↔ 2 F-(aq) +
H2C2O4(aq)
• Quando todos os reagentes e produtos estão em
uma fase, o equilíbrio é homogêneo.
• Se um ou mais reagentes ou produtos estão em
uma fase diferente, o equilíbrio é heterogêneo.
• Considere: CaCO (s) CaO(s) + CO (g)• Considere:
– experimentalmente, a quantidade de CO2 não 
parece depender das quantidades de CaO e 
CaCO3. Por quê?
– Keq = PCO2
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)
• Uma mistura de Hidrogênio e nitrogênio em um
recipiente de reação atinge o equilíbrio a 472oC. A
mistura de gases em equilíbrio foi analisada e
descobriu-se que ela contém 7,38 atm de H2, 2,46
atm de N e 0,166 atm de NH . A partir dessas dadosatm de N2 e 0,166 atm de NH3. A partir dessas dados
calcule a constante de equilíbrio, Keq, para:
N2(g) + 3H2(g)↔ 2NH3(g)
• Dissolve-se uma quantidade de amônia suficiente
em 5,0L de água a 25oC 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
4,64x10-4 mol/L. Calcule a Keq a 25oC para a
reação:reação:
NH3(aq) + H2O(l)↔ NH4+(aq) + OH-(aq)
• O Princípio de Le Châtelier: se um sistema em 
equilíbrio é perturbado, o sistema se deslocará 
de tal forma que a pertubação seja 
neutralizada.
• Considere a produção de amônia• Considere a produção de amônia
• À medida que a pressão aumenta, a quantidade de amônia presente 
no equilíbrio aumenta.
• À medida que a temperatura diminui, a quantidade de amônia no 
equilíbrio aumenta.
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
Variação nas concentrações de
reagentes ou produto
• Considere o processo de Haber
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
• Se H2 é adicionado enquanto o sistema está em equilíbio, o sistema 
deve responder para neutralizar o H2 adicionado (por Le Châtelier).
• O sistema deve consumir o H2 e levar aos produtos até que um 
novo equilíbrio seja estabelecido.
• Portanto, a [H2] e a [N2] diminuirão e a [NH3] aumentará.
Variação nas concentrações de
reagente ou produto
• A adição de um reagente ou produto desloca o equilíbrio.
• A remoção de um reagente ou produto desloca o
equilíbrio.equilíbrio.
• Para otimizar a quantidade de produto no equilíbrio,
precisamos inundar o recipiente de reação com reagente e
continuamente remover o produto (Le Châtelier).
• Ilustramos o conceito com a preparação industrial da
amônia.
Efeitos das variações de volume e pressão
• À medida que diminui-se o volume, a pressão aumenta.
• O Princípio de Le Châtelier: se aumenta-se a pressão, o 
sistema deslocará no sentido de neutralizar o aumento.
• Isto é, o sistema desloca no sentido de remover os gases e • Isto é, o sistema desloca no sentido de remover os gases e 
diminuir a pressão.
• Um aumento na pressão favorece o
sentido que tenha 
menos quantidade de matéria de gás.
• Em uma reação com a mesma quantidade de matéria de 
produtos e reagentes gasosos, a pressão não tem nenhum 
efeito.
Efeito das variações de temperatura
• constante de equilíbrio depende da temperatura.
• Na reação endotérmica, ∆H > 0, o calor é
considerado um reagente (ele é absorvido).
• A adição de calor (por ex. o aquecimento do• A adição de calor (por ex. o aquecimento do
recipiente) favorece a reação direta.
• Na reação exotérmica, ∆H < 0, o calor é
considerado um produto.
• A remoção de calor (por ex. o resfriamento do
recipiente), favorece a reação direta.
Efeito do catalisador
• Um catalisador reduz a barreira de energia de ativação para a 
reação.
• O catalisador diminuirá o tempo gasto para alcançar o equilíbrio.
• O catalisador não afeta a 
composição da mistura em equilíbrio.composição da mistura em equilíbrio.
Alguns valores de Keq e seu significado.