E-books

PCNA

Vol. 1

ELEMENTAR

CAPÍTULO 8 – EQUILÍBRO QUÍMICO

QUÍMICA

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2 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8

APRESENTAÇÃO .................................................. 4

CAPÍTULO 8 .......................................................... 5

1. INTRODUÇÃO .................................................. 5

2. REAÇÃO REVERSÍVEL ................................... 6

3. CLASSIFICAÇÃO DO EQUILÍBRIO ................... 7

3.1. EQUILÍBRIO HOMOGÊNEO .......................................... 7

3.2. EQUILÍBRIO HETEROGÊNEO ....................................... 8

4. CONSTANTE DE EQUILÍBRIO (KC) ................ 8

5. PROPRIEDADES DAS CONSTANTES .............. 9

5.1. REAÇÃO INVERSA ....................................................... 9

5.2. ADIÇÃO DE UMA REAÇÃO .......................................... 10

5.3. MULTIPLICAÇÃO DE UMA REAÇÃO ............................. 10

5.4. DIVISÃO DE UMA REAÇÃO ......................................... 10

5.5. REAÇÃO COM SUBSTÂNCIA PURA LÍQUIDA OU SÓLIDA . 11

6. CONSTANTE DE EQUILÍBRIO EM FUNÇÃO

DAS PRESSÕES PARCIAIS (KP) .......................... 11

7. PRINCÍPIO DE LE CHATELIER ...................... 14

7.1. PRINCÍPIO DE LE CHATELIER ..................................... 15

7.2. INFLUÊNCIA DA CONCENTRAÇÃO ................................ 15

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3 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8

7.3. INFLUÊNCIA DA PRESSÃO .......................................... 16

7.4. INFLUÊNCIA NA TEMPERATURA ................................. 16

7.5. INFLUÊNCIA DA PRESENÇA DE CATALISADOR .............. 17

8. CONSTANTE DE ACIDEZ (KA) E CONSTANTE

DE BASICIDADE (KB) ......................................... 17

9. EFEITO DO ÍON COMUM ............................... 19

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4 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8

APRESENTAÇÃO

Ao chegar à UFPA, você tem a possibilidade de cursar gratuitamente cursos de nivelamento em Ciências Básicas (Física, Química e Matemática). Assistindo às aulas no próprio ambiente em que cursará sua graduação, isso auxiliará você a adquirir o conhecimento necessário para enfrentar melhor o programa curricular do seu curso.

Então seja Bem-vindo ao Curso de Nivelamento em Química Elementar do PCNA. Este é o oitavo de uma série de dez E-books que vão lhe acompanhar durante o curso, o professor utilizará este material como apoio às suas aulas e é fundamental que você o leia e acompanhe as atividades propostas.

A série “E-books PCNA-Química” foi desenvolvida com o propósito de apresentar o conteúdo do curso de Química Elementar.

Neste fascículo você irá encontrar o conteúdo de Equilíbrio químico. É bom lembrar que não se pode aprender Química sem alguns pré-requisitos, que muitas vezes não valorizamos por acharmos simples e descomplicados, todavia, atenção e compreensão se fazem necessária.

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5 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8

Capítulo 8

1. Introdução

Um sistema em equilíbrio é identificado por algumas

características importantes e obrigatórias.

• Tanto a matéria quanto a energia não são introduzidas

ou removidas do sistema (sistema isolado).

• As propriedades macroscópicas do sistema não

variam com o tempo, isso ocorre porque,

microscopicamente, ocorrem reações químicas

(reversíveis) simultâneas em ambos os sentidos com a

mesma rapidez.

Para uma reação qualquer representada por:

𝐴 + 𝐵 𝑣1→ 𝐶 + 𝐷

𝐴 + 𝐵 𝑣2← 𝐶 + 𝐷

Onde:

V1velocidade da reação direta;

V2velocidade da reação inversa.

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6 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8

2. Reação reversível

Reação Reversível é aquela que ocorre

simultaneamente nos dois sentidos. Ao mesmo tempo, os

reagentes se transformam em produtos e os produtos se

transformam em reagentes.

No gráfico abaixo, os regentes são representados por

B e os produtos por A.

Figura (8.1) – Equilíbrio químico (velocidades iguais)

Figura (8.2) – Equilíbrio químico (concentrações

constantes)

Atinge-se o equilíbrio quando

v1=v2.

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7 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8

No início da reação, há uma grande quantidade de

reagentes. À medida que o tempo vai passando, essa

quantidade vai diminuindo e a velocidade também.

Enquanto isso, no início da reação não há produtos, a

quantidade é zero. Ao decorrer da reação, os produtos vão

sendo formados e a velocidade inicial é zero e vai

aumentando até igualar com a velocidade dos reagentes.

Neste momento, as velocidades permanecerão iguais

as concentrações constantes. As concentrações também

serão constantes. Quando as velocidades dos produtos e dos

reagentes chegam neste ponto dizemos que a reação está em

equilíbrio.

3. Classificação do Equilíbrio

Podemos classificar os equilíbrios em função das fases

das substâncias envolvidas na reação química.

3.1. Equilíbrio Homogêneo

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8 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8

É aquele onde todas as substâncias estão na mesma

fase (estado físico). Geralmente, ocorrem em sistemas

gasosos e aquosos.

3.2. Equilíbrio Heterogêneo

É aquele onde as substâncias estão em fases

diferentes. Geralmente envolvem substâncias sólidas e

líquidas.

4. Constante de equilíbrio (Kc)

Observe a seguinte reação química, sendo a reação

direta 1 e a reação inversa 2.

De acordo com a lei cinética ou lei da velocidade:

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9 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8

No instante do equilíbrio:

Isolando k:

A divisão de duas constantes em matemática origina

uma terceira constante:

KC = constante de equilíbrio em função das

concentrações

Então:

5. Propriedades das Constantes

É possível, a partir das constantes de equilíbrio da reação

direta, obter a constante de equilíbrio da reação inversa. Também

podemos multiplicar as constantes.

5.1. Reação Inversa

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10 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8

Seja a reação química:

5.2. Adição de uma Reação

Se duas reações são adicionadas, o novo KC será o

produto das constantes originais.

5.3. Multiplicação de uma Reação

Se duas reações são multiplicadas por um

determinado número, a sua nova KC será elevada à este

valor.

Veja o modelo:

5.4. Divisão de uma Reação

A constante de equilíbrio (kc) da

reação inversa será o inverso de k

c da reação direta.

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11 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8

Se duas reações são divididas por um determinada

número, a sua nova KC será a sua raiz.

Veja o modelo:

5.5. Reação com Substância Pura Líquida ou

Sólida

As substâncias puras líquidas e sólidas possuem

concentração constante, onde o valor está incorporado ao da

constante Kc. Por este motivo, nas expressões de constante de

equilíbrio não se coloca as suas concentrações no cálculo da Kc.

Exemplo:

6. Constante de Equilíbrio em Função das

Pressões Parciais (Kp)

Se uma determinada reação química apresentar

substâncias no estado gasoso, a constante de equilíbrio pode ser

dada em função das suas pressões parciais.

Exemplo:

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12 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8

Para o cálculo da pressão parcial, utiliza-se o conceito

de fração molar (x). Calcula-se a fração molar e, em seguida,

a pressão parcial do gás.

Exemplo resolvido 1:

3 mols de PCl5(g) são colocados em um recipiente,

atingindo o seguinte equilíbrio:

No momento do equilíbrio, 60% do reagente sofre

dissociação. Sabendo que a pressão total do sistema é

4,8atm, calcule o valor de Kp:

A) Calcular a quantidade de mols, sendo 60%:

B) Montar a tabela do equilíbrio químico:

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13 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8

PCl5 PCl3 Cl2

Início 3 - -

Reagiu/formou 1,8 1,8 1,8

Equilíbrio 3 -1,8=1,2 1,8 1,8

C) Calcular as frações molares:

nT = número total de mols

D) Calcular a pressão parcial dos gases:

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14 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8

O somatório das pressões parciais deve ser igual à

pressão total:

Ou seja:

E) Calcular a Kp :

7. Princípio de Le Chatelier

Para que um sistema esteja em equilíbrio químico, a

velocidade da reação direta deve ser igual à velocidade da

reação inversa. As condições que envolvem estas reações não

devem ser modificadas. Caso isso ocorra, haverá uma

alteração no equilíbrio. Estas modificações podem ser:

- concentração de reagentes e produtos;

- pressão;

- temperatura;

- presença de catalisador.

Estas modificações podem beneficiar a reação em um

dos sentidos (direto ou inverso). Chamamos estas

perturbações de deslocamento do equilíbrio.

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15 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8

Deslocamento do equilíbrio é toda e qualquer

alteração da velocidade da reação direta ou da reação inversa

causando modificações nas concentrações das substâncias e

levando o sistema a um novo estado de equilíbrio químico.

Quando a velocidade da reação direta aumenta é

porque o equilíbrio está se deslocando para a direita. Quando

a velocidade da reação inversa aumenta é porque o equilíbrio

está se deslocando para a esquerda.

7.1. Princípio de Le Chatelier

O estudo dos deslocamentos de equilíbrio foi desenvolvido

pelo químico francês Le Chatelier.

É possível prever o que acontece com a reação de acordo

com a alteração que é feita.

Enunciado de Le Chatelier: “Quando um fator externo age

sobre um sistema em equilíbrio este se desloca procurando

minimizar a ação do fator aplicado. ”

7.2. Influência da Concentração

Um aumento em qualquer das concentrações resulta

em um deslocamento de equilíbrio para o outro lado. A

retirada de alguma substância provoca o deslocamento para

o seu lado. Durante as modificações os valores de todas as

concentrações são alteradas, porém o valor de Kc mantém-se

o mesmo.

Sendo:

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16 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8

7.3. Influência da Pressão

A pressão de um gás está associada ao volume deste

gás.

O aumento da pressão beneficia a reação com

menor volume e a diminuição da pressão beneficia

a reação com maior volume.

Aumento do volume do gás = EXPANSÃO

Diminuição do volume do gás = CONTRAÇÃO

7.4. Influência na Temperatura

É a única alteração que pode modificar o valor da

Kc.

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17 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8

• O aumento da temperatura beneficia a

reação endotérmica.

• A diminuição da temperatura beneficia a

reação exotérmica.

7.5. Influência da Presença de Catalisador

A presença de um catalisador (substância química que

acelera a reação química) não altera o valor da Kc. O

catalisador promove a diminuição do momento do

equilíbrio. Altera tanto na reação direta como na reação

inversa.

8. Constante de Acidez (Ka) e Constante de

Basicidade (Kb)

Quando um ácido entra em contato com água dizemos

que ocorreu uma ionização. Para as bases, utilizamos o termo

dissociação. Veja o que acontece quando o ácido clorídrico é

adicionado em água:

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18 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8

A sua constante de equilíbrio é dada por:

Observe que a substância líquida (água) não deve

participar da constante de equilíbrio porque a sua

concentração é constante. Então, se a concentração de água

for multiplicada por Kc teremos o aparecimento de uma nova

constante, a constante de acidez Ka.

A constante de acidez indica a força do ácido. Quanto

menor o valor do Ka, mais fraco é o ácido, menos ionizado é

este ácido. Utiliza-se esta constante para os ácidos fracos.

Ácido forte não tem Ka, já que dissociam completamente e

não apresentam equilíbrio (reação direta e inversa).

A constante de basicidade é dada por Kb e indica a

força da base e o seu grau de dissociação. É semelhante ao

Ka, porém agora refere-se às bases.

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19 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8

9. Efeito do íon comum

Em um equilíbrio de íons, a adição de espécies

químicas pode contemplar íons que já existam no sistema ou

não. Se o íon adicionado já existe no equilíbrio (íon comum),

seu comportamento será como na adição de qualquer

substância que já existe na reação. Se for adicionada alguma

espécie que não possui no sistema e ela reagir com algum

presente no equilíbrio, devemos estudar o efeito da

diminuição da concentração desta segunda substância. Se a

substância adicionada não reagir no equilíbrio, seu

acréscimo não modificará o sistema.

Veja o exemplo a seguir:

De acordo com o lado que o equilíbrio se desloca a

solução troca de cor.

Veja o que pode acontecer se for adicionado a esta

reação:

- adição de HCl(aq) – o ácido HCl se ioniza formando o íon

cátion H+(aq). Provoca, portanto, o aumento da

concentração deste íon no sistema. Desloca o equilíbrio para

a direita até consumir o excesso adicionado. O íon H+(aq) é

o íon comum ao sistema.

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20 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8

- adição de NaOH – a base NaOH se dissocia formando o íon

ânion OH-(aq) que reage com o cátion H+(aq) provocando a

formação de água e diminuindo a concentração de H+(aq).

Desloca o equilíbrio para a esquerda para repor a quantidade

removida deste íon. O íon OH-(aq) é o íon não-comum ao

equilíbrio.