aula sobre quimica

1. Equilíbrio Químico
Profa. Karen
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2. Conceito de equilíbrio
Um equilíbrio químico é a situação em que a
proporção entre as quantidades de reagentes e
produtos em uma reação química se mantém
constante ao longo do tempo.
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3. Teoricamente, toda a reação química ocorre
nos dois sentidos:
Reagentes  produtos e
Produtos  reagentes
Contudo, em certas reações, como a de
combustão, virtualmente 100% dos reagentes são
convertidos em produtos, e não se observa o
contrário ocorrer (ou pelo menos não em escala
mensurável); tais reações são chamadas de
irreversíveis.
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4. Há também uma série de reações nas quais logo
que certa quantidade de produto(s) é formada, este(s)
torna(m) a dar origem ao(s) reagente(s); essas reações
possuem o nome de reversíveis.
O conceito de equilíbrio químico praticamente
restringe-se às reações reversíveis.
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5. 5

6. Reversibilidade de reações químicas
Um exemplo de reação reversível é a da produção da
amônia (NH3), a partir do gás hidrogênio (H2) e do gás
nitrogênio (N2) — que faz parte do Processo de Haber:
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
Note-se que a seta dupla ( ) significa que a reação ocorre
nos dois sentidos, e que o subscrito (g) indica que a
substância se encontra na fase gasosa.
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7. • Considere o N2O4 congelado e incolor. À temperatura
ambiente, ele se decompõe em NO2 marrom:
N2O4(g)  2NO2(g).
• Em um determinado momento, a cor pára de se alterar e
temos a mistura de N2O4 e NO2.
• Equilíbrio químico é o ponto em que as concentrações
de todas as espécies são constantes.
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8. Para um sistema qualquer representado por:
A + B C + D
A rapidez varia a partir do inicio da reação até atingir
a situação de equlibrio. O gráfico a seguir mostra
essa variação.
V1
V2
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9. 9

10. Considerando-se as variações de reagentes e produtos,
temos:
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11. Deve-se salientar que quando uma reação
atinge o equilíbrio ela não para. Ela continua se
processando, porém tanto a reação direta como a
inversa ocorrem à mesma velocidade, e desse jeito a
proporção entre os reagentes e os produtos não
variam .
Por outras palavras, estamos na presença de
um equilíbrio dinâmico.
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12. • No equilíbrio, tanto de N2O4 reage para formar NO2
quanto de NO2 reage para formar outra vez N2O4:
• A seta dupla significa que o processo é dinâmico.
• Considere
Reação direta: A  B Velocidade = k[A]
Reação inversa: B  A Velocidade = k[B]
• No equilíbrio VA = VB = k[A] = k[B].
N2O4(g) 2NO2(g)
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13. • Para um equilíbrio escrevemos:
• À medida que a reação progride
– [A] e [B] diminuem para uma constante,
– [C] e [D] aumentam de zero para uma constante.
– Quando [A], [B] e [C], [D] são constantes, o equilíbrio
é alcançado.
– k[A] diminui para uma constante,
– k[B] aumenta de zero para uma constante.
– Quando k[A] = k[B], o equilíbrio é alcançado.
A + B C + D
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14. Equilíbrio Homogêneo e Heterogêneo
Quando todas as substâncias envolvidas no
equilíbrio se encontram no mesmo estado físico diz-se
que temos um equilíbrio homogêneo, que é o caso de
todos os equilíbrios apresentados aqui até então.
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
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15. Analogamente, os equilíbrios onde estão envolvidas
mais de uma fase são chamados de equilíbrios
heterogêneos, como o seguinte:
Ni(s) + 4CO(g) Ni(CO)4(g)
Note-se que o subscrito (s) significa que a espécie se
encontra no estado sólido. Equilíbrios heterogêneos, como
este, frequentemente apresentam ao menos um sólido ou
um líquido.
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16. Considere o gráfico abaixo:
a) Qual variável o eixo das ordenadas representa, considerando-se
que o sistema atinge o equilibrio a partir de determinado
tempo? Justifique.
b) Indique no gráfico, o momento em que a reação entra em
equlíbrio.
c) Escreva uma equação genérica que possa ser representada pelo
gráfico, identificando os reagentes e os produtos pelas
respectivas cores das curvas.
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17. Quando uma reação química exotérmica atinge o equilíbrio,
são válidas todas as afirmativas abaixo, exceto:
a) As velocidades da reação nos sentidos direto e inverso se
igualam.
b) A energia de ativação é a mesma nos sentidos direto e inverso.
c) A reação ocorre com liberação de calor.
d) As concentrações de reagentes e produtos permanecem
inalteradas.
e) A reação inversa é endotérmica
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18. Represente, por meio de gráfico, a rapidez da
reação direta e da reação inversa até atingir o
estado de equilíbrio para a reação:
2 SO2 (g) + O2 (g) 2 SO3 (g)
↔
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19. (v1 e v2 são as velocidades das reações direta e inversa)
Quando se estabelece o equilíbrio químico é possível afirmar
que:
a) [N2] = [H2].
b) [NH3] = constante.
c) [N2] = [NH3].
d) v2 > v1.
e) v1 > v2 .
Considere a reação entre nitrogênio e hidrogênio:
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20. Constantes de equilíbrio
As constantes de equilíbrio, representadas por K,
são determinadas a partir de dados experimentais . Por
conta da análise de uma grande quantidade de dados,
chegou-se a uma expressão genérica para todos os
equilíbrios:
K = [produtos]/[reagentes]
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21. Constantes de equilíbrio (Kc)
As constantes de equilíbrio determinadas com
base nas concentrações em mol/L, são representadas
por Kc.
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22. 22

23. Portanto,
Onde:
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24. 24

25. 25

26. 26

27. • Para uma reação geral
a expressão dA constante de equilíbrio para tudo em
solução é
onde Keq é A constante de equilíbrio.
aA + bB cC + dD
   
   b
a
d
c
eq
K
B
A
D
C

A constante de equilíbrio
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28. Escreva a expressão da constante de equilíbrio para as
equações abaixos:
a) 2NO (g) + Cl2 (g) ↔ 2NOCl (g)
b) Fe(s) + Cu2+ (aq) ↔ Fe2+ (aq) + Cu (s)
c) CO2 (g) + Ca(OH)2 (aq) ↔ CaCO3 (s) + H2O (l)
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29. Para os gases, também se pode escrever a
expressão da lei de equilíbrio químico, K, em termos
de pressões parciais. Para o equilíbrio:
Constantes de equilíbrio e pressões
parciais (Kp)
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30. Para expressar a lei de equilíbrio em termos das
pressões parciais, basta que apenas uma das
espécies do equilíbrio esteja no estado gasoso.
Escreva a expressão da constante de equlíbrio Kp
para as seguintes reações:
a) H2 (g) + I2 (g) ↔ 2HI (g)
b) CaCO3 (s) ↔ CaO (s) + CO2 (g)
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31. Ordem de grandeza das constantes de equilíbrio
• A constante de equilíbrio, K, é a razão entre produtos e
reagentes.
• Conseqüentemente, quanto maior for K, mais produtos
estarão presentes no equilíbrio.
• De modo inverso, quanto menor for K, mais reagentes
estarão presentes no equilíbrio.
A constante de equilíbrio
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32. Ordem de grandeza das constantes de equilíbrio
• Se K >> 1, então os produtos predominam no equilíbrio e o
equilíbrio encontra-se à direita.
• Se K << 1, então os reagentes predominam no equilíbrio e o
equilíbrio encontra-se à esquerda.
A constante de equilíbrio
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33. O sentido da equação química e Keq
• Um equilíbrio pode ser abordado a partir de qualquer
sentido.
• Sentido direto:
• temos:
N2O4(g) 2NO2(g)
46
.
6
4
2
2
O
N
2
NO


P
P
Keq
A constante de equilíbrio
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34. O sentido da equação química e Keq
• No sentido inverso:
46
.
6
1
155
.
0
2
NO
O
N
2
4
2 


P
P
Keq
2NO2(g) N2O4(g)
A constante de equilíbrio
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35. Outras maneiras de manipular as
equações químicas e os valores de Keq
• A reação
tem
o qual é o quadrado da constante de equilíbrio para
2N2O4(g) 4NO2(g)
2
O
N
4
NO
4
2
2
P
P
Keq 
N2O4(g) 2NO2(g)
A constante de equilíbrio
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36. Outras maneiras de se trabalhar as equações
químicas e os valores de Keq
• A constante de equilíbrio para o sentido inverso é o
inverso daquela para o sentido direto.
N2O4 (g)  2NO2(g)
Direto: Kc = (PNO2 )2/ (PN2O4)= 6,46 (a 100oC)
Inverso: Kc= (PN2O4 )/(PNO2 )2= 1/6,46 = 0,155 (a 100oC)
A constante de equilíbrio
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37. • Quando uma reação é multiplicada por um número, a
constante de equilíbrio é elevada àquela potência.
N2O4 (g)  2NO2(g)
Kc = (PNO2 )2/ (PN2O4)= 6,46 (a 100oC)
2N2O4 (g)  4NO2(g)
Kc = (PNO2 )4/ (PN2O4)2= (6,46)2 = 41,7 (a 100oC)
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38. Constante para a soma de reações
Se uma reação química pode ser expressa pela
soma de duas ou mais reações (ou etapas individuais),
então:
Kc da reação global será a multiplicação das constantes de
cada uma das reações individuais.
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39. 39

40. 40

41. 41
Em determinadas condições de T e P, existe 0,5 mol/L de
N2O4 em equilíbrio com 2 mol/L de NO2, segundo a
equação: N2O4 (g)  2NO2 (g). Qual o valor da
constante (Kc ) desse equilíbrio nessas condições e
indique o sentido da reação.