QUÍMICA GERAL

Escola de Engenharia Industrial Metalúrgica Universidade Federal Fluminense

Volta Redonda - RJ

Prof. Dr. Ednilsom Orestes 25/04/2016 – 06/08/2016 AULA 17

REVERSIBILIDADE DAS REAÇÕES

©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones

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

𝑉 𝑅 → 𝑃 ≡ 𝑉(𝑃 → 𝑅)

QUEIMA DO METANO SOLUÇÃO DE GLICOSE 𝟐 𝑵𝑶𝟐(𝒈) ⇌ 𝑵𝟐𝑶𝟒(𝒈)

CONDIÇÃO DE EQUILÍBRIO QUÍMICO:

Reação direta e inversa ocorrendo e à mesma velocidade.

©2010, 2008, 2005, 2002 b

y P

. W

. A

tkin

s a

nd L

. L. Jones

Δ𝐺 ⟶ 0

Composição específica. Pressão ou concentração.

P(SO2) P(O2) P(SO3) PT K

0,660 0,390 0,084 1,134 0,0415

0,038 0,220 0,0036 0,2616 0,0409

0,110 0,110 0,0075 0,2275 0,0423

0,950 0,880 0,180 2,010 0,0408

1,44 1,98 0,410 3,830 0,0409

Gulberg & Waage, 1864

2 𝑆𝑂2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) ⇌ 2 𝑆𝑂3(𝑔) (1000 K)

Lei da Ação das Massas

P(SO2) P(O2) P(SO3) PT K

0,660 0,390 0,084 1,134 0,0415

0,038 0,220 0,0036 0,2616 0,0409

0,110 0,110 0,0075 0,2275 0,0423

0,950 0,880 0,180 2,010 0,0408

1,44 1,98 0,410 3,830 0,0409

𝐾 =𝑃𝑆𝑂3 𝑃o

2

𝑃𝑆𝑂2 𝑃o 2𝑃𝑂2 𝑃o

=𝑃𝑆𝑂3

2

𝑃𝑆𝑂22𝑃𝑂2

Gulberg & Waage, 1864

2 𝑆𝑂2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) ⇌ 2 𝑆𝑂3(𝑔) (1000 K)

Lei da Ação das Massas

P(SO2) P(O2) P(SO3) PT 𝐾

0,660 0,390 0,084 1,134 0,0415

0,038 0,220 0,0036 0,2616 0,0409

0,110 0,110 0,0075 0,2275 0,0423

0,950 0,880 0,180 2,010 0,0408

1,44 1,98 0,410 3,830 0,0409

Gulberg & Waage, 1864

2 𝑆𝑂2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) ⇌ 2 𝑆𝑂3(𝑔) (1000 K)

Lei da Ação das Massas

𝐾 =𝑃𝑆𝑂3 𝑃o

2

𝑃𝑆𝑂2 𝑃o 2𝑃𝑂2 𝑃o

=𝑃𝑆𝑂3

2

𝑃𝑆𝑂22𝑃𝑂2

𝐾 =𝑃𝑆𝑂3 𝑃o

2

𝑃𝑆𝑂2 𝑃o 2𝑃𝑂2 𝑃o

=𝑃𝑆𝑂3

2

𝑃𝑆𝑂22𝑃𝑂2

Gulberg & Waage, 1864

2 𝑆𝑂2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) ⇌ 2 𝑆𝑂3(𝑔) (1000 K)

P(SO2) P(O2) P(SO3) PT 𝐾

0,660 0,390 0,084 1,134 0,0415

0,038 0,220 0,0036 0,2616 0,0409

0,110 0,110 0,0075 0,2275 0,0423

0,950 0,880 0,180 2,010 0,0408

1,44 1,98 0,410 3,830 0,0409

𝑲 é adimensional !

Lei da Ação das Massas

LEI DA AÇÃO DAS MASSAS

No equilíbrio, a composição da mistura

de reação pode ser expressa em

termos de uma constante (K).

𝐾 =pressão parcial de produtos

pressão parcial de reagentesequilíbrio

𝑎𝐴(𝑔) + 𝑏𝐵(𝑔) ⇌ 𝑐𝐶(𝑔) + 𝑑𝐷(𝑔)

𝐾 =𝑃𝐶

𝑐 𝑃𝐷𝑑

𝑃𝐴𝑎 𝑃𝐵

𝑏

CONSTANTE DE EQUILÍBRIO

4𝑁𝐻3(𝑔) + 5𝑂2(𝑔) ⇌ 4𝑁𝑂(𝑔) + 6𝐻2𝑂(𝑔)

𝐾𝑃 =𝑃𝑁𝑂

4 𝑃𝐻2𝑂6

𝑃𝑂25𝑃𝑁𝐻3

4

2𝐻2𝑆(𝑔) + 3𝑂2(𝑔) ⇌ 2𝑆𝑂2(𝑔) + 2𝐻2𝑂(𝑔)

𝐾𝑃 =𝑃𝑆𝑂2

2𝑃𝐻2𝑂

2

𝑃𝐻2𝑆2𝑃𝑂2

3

𝐾𝑃 =𝐶 𝑐 𝐷 𝑑

𝐴 𝑎 𝐵 𝑏𝑅𝑇[𝑐+𝑑− 𝑎+𝑏 ] = 𝐾𝐶(𝑅𝑇)

Δ𝑛

Δ𝑛 = 𝑛produtos − 𝑛reagentes

CONSTANTE DE EQUILÍBRIO Se não forem gases...

𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑠) ⇌ 𝐶𝑎𝑂(𝑠) + 𝐶𝑂2(𝑔)

𝐾𝑃 = 𝑃𝐶𝑂2

Atividade de uma substância 𝐽 (𝑎𝐽) pode ser 𝑃𝐽 ou [𝐽].

Sólidos e líquidos (solvente) puros: 𝑎𝐽 = 1.

𝐾𝑃 =𝑃𝐶

𝑐 𝑃𝐷𝑑

𝑃𝐴𝑎 𝑃𝐵

𝑏 e 𝑃𝐽 =𝑛𝐽𝑅𝑇

𝑉𝐽= 𝐽 𝑅𝑇 então:

𝐾𝑃 =[𝐶]𝑅𝑇 𝑐 [𝐷]𝑅𝑇 𝑑

[𝐴]𝑅𝑇 𝑎 [𝐵]𝑅𝑇 𝑏=

𝐶 𝑐 𝑅𝑇 𝑐 𝐷 𝑑 𝑅𝑇 𝑑

𝐴 𝑎 𝑅𝑇 𝑎 𝐵 𝑏 𝑅𝑇 𝑏

𝑍𝑛(𝑠) + 2𝐻𝐶𝑙(𝑎𝑞) ⇌ 𝑍𝑛𝐶𝑙2(𝑎𝑞)

𝐾 =𝑍𝑛𝐶𝑙2𝐻𝐶𝑙 2

CONSTANTE DE EQUILÍBRIO Se não forem gases...

𝐶𝑎(𝑂𝐻)2(𝑠) ⇌ 𝐶𝑎(𝑎𝑞)2+ + 2𝑂𝐻(𝑎𝑞)

−

𝐾 = 𝐶𝑎2+ 𝑂𝐻− 2

𝑁𝑖(𝑠) + 4𝐶𝑂(𝑔) ⇌ 𝑁𝑖 𝐶𝑂 4(𝑔)

𝐾 =𝑃𝑁𝑖 𝐶𝑂 4

𝑃𝐶𝑂4

𝑂2(𝑔) ⇌ 𝑂2(𝑎𝑞)

𝐾 =[𝑂2]

𝑃𝑂2

Solvente quase puro: 𝑎𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 = 1

CONSTANTE DE EQUILÍBRIO

Atividades, 𝑎J são números puros.

Valores numéricos da pressão (bars) ou da molaridade (m/L).

Válido para gases em baixas pressões e soluções diluídas.

Ignorar as interações intermoleculares em ambos os casos.

𝐾 =atividade dos produtos

tividades dos reagentes𝑒𝑞

=𝑎C

𝑐 𝑎D𝑑

𝑎A𝑎 𝑎B

𝑏

Em 400℃, a constante de equilíbrio 𝐾 de 2𝑆𝑂2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) ⇌ 2𝑆𝑂3(𝑔) é

3,1 × 104. Qual é o valor de 𝐾𝑐 nessa temperatura?

𝑃𝑜 = 1 bar e 𝑐𝑜 = 1 mol ∙ L−1

𝐾𝐶 =𝐾𝑃

𝑅𝑇 Δ𝑛 =3,1 × 104

8,3145 × 10−2 L ∙ bar ∙ K−1mol−1 × 673 K −1 = 1,7 × 106

A constante de equilíbrio, 𝐾, da síntese de amônia é 41 em 127℃. Qual o

valor de 𝐾𝑐 nessa temperatura

[Resposta: Δ𝑛 = −2; logo, 𝐾𝑐 = 4,5 × 104]

Em 127,0 ℃, a constante de equilíbrio 𝐾 de 𝑁2𝑂4(𝑔) ⟶ 2𝑁𝑂2(𝑔) é 47,9. Qual

é o valor de 𝐾𝑐 nessa temperatura?

Energia Livre de Gibbs

depende das pressões

parciais ou concentrações

de reagentes e produtos.

Tendência, ou então a espontaneidade,

depende da composição da mistura.

CTE DE EQUILÍBRIO & TERMODINÂMICA

Se Δ𝐺r < 0, ln𝐾 > 0 e 𝐾 > 1.

Se Δ𝐺r > 0, ln𝐾 < 0 e 𝐾 < 1.

CTE DE EQUILÍBRIO & TERMODINÂMICA

Δ𝐺𝑟 = Δ𝐺𝑟𝑜 + 𝑅𝑇 ln

𝑎𝐶𝑐 𝑎𝐷

𝑑

𝑎𝐴𝑎 𝑎𝐵

𝑏

Δ𝐺𝑟 = Δ𝐺𝑟𝑜 + 𝑅𝑇 ln𝑄

Q = quociente da reação.

𝐾 = 𝑄equilíbrio

No equilíbrio, Δ𝐺𝑟 = 0:

0 = Δ𝐺𝑟𝑜 + 𝑅𝑇 ln𝑄

Δ𝐺𝑟𝑜 = −𝑅𝑇 ln𝑄

DEDUÇÃO

Δ𝐺𝑟 = ∑𝑛𝐺𝑚 𝑝𝑟𝑜𝑑 − ∑𝑛𝐺𝑚(𝑟𝑒𝑎𝑔)

Δ𝐺𝑟 = 𝑐𝐺𝑚 𝐶 + 𝑑𝐺𝑚 𝐷 − 𝑎𝐺𝑚 𝐴 + 𝑏𝐺𝑚 𝐵

Δ𝐺𝑟 = 𝑐 𝐺𝑚𝑜 𝐶 + 𝑅𝑇 ln 𝑎𝐶 + 𝑑 𝐺𝑚

𝑜 𝐷 + 𝑅𝑇 ln 𝑎𝐷− 𝑎 𝐺𝑚

𝑜 𝐴 + 𝑅𝑇 ln 𝑎𝐴 + 𝑏 𝐺𝑚𝑜 𝐵 + 𝑅𝑇 ln 𝑎𝐵

Δ𝐺𝑟 = 𝑐𝐺𝑚𝑜 𝐶 + 𝐺𝑚

𝑜 𝐷 − 𝑎𝐺𝑚𝑜 𝐴 + 𝑏𝐺𝑚

𝑜 𝐵

+ 𝑅𝑇 𝑐 ln 𝑎C + 𝑑 ln 𝑎𝐷 − 𝑎 ln 𝑎𝐴 + 𝑏 ln 𝑎𝐵

Δ𝐺𝑟 = Δ𝐺𝑟𝑜 + 𝑅𝑇 ln 𝑎𝐶

𝑐 + ln 𝑎𝐷𝑑 − ln 𝑎𝐴

𝑎 + ln 𝑎𝐵𝑏

Δ𝐺𝑟 = Δ𝐺𝑟𝑜 + 𝑅𝑇 ln

𝑎𝐶𝑐 𝑎𝐷

𝑑

𝑎𝐴𝑎 𝑎𝐵

𝑏

(b) Como a energia livre de Gibbs de reação

é negativa, a formação dos produtos é

espontânea (como indicado pela região

verde do diagrama) nesta composição e

temperatura.

A energia livre de Gibbs padrão da reação 2𝑆𝑂2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) ⟶ 2𝑆𝑂3(𝑔) é

Δ𝐺𝑟𝑜 = −141,74 𝑘𝐽.𝑚𝑜𝑙−1 em 25 ℃. (a) Qual é a energia livre de Gibbs de

reação quando a pressão parcial de cada gás é 100,0 𝑏𝑎𝑟? (b) Qual é a

direção espontânea da reação nessas condições?

a) 𝑄 =100,0 2

100,0 2×(100,0)= 1,0 × 10−2

Δ𝐺𝑟 = Δ𝐺𝑟𝑜 + 𝑅𝑇 ln𝑄 = −153,16 kJ ∙ mol−1

A energia livre de Gibbs padrão da reação 𝐻2(𝑔) + 𝐼2(𝑔) → 2𝐻𝐼(𝑔) é Δ𝐺𝑟

𝑜 = −21,2 𝑘𝐽.𝑚𝑜𝑙−1 em 500𝐾, (𝑅𝑇 = 4,16 𝑘𝐽.𝑚𝑜𝑙−1). Qual é o valor de

Δ𝐺𝑟 em 500𝐾 quando as pressões parciais dos gases são 𝑃𝐻2 = 1,5 𝑏𝑎𝑟,

𝑃𝐼2 = 0,88 𝑏𝑎𝑟 e 𝑃𝐻𝐼 = 0,065 𝑏𝑎𝑟? Qual é a direção espontânea da

reação?

[Resposta: −45 𝑘𝐽.𝑚𝑜𝑙−1, na direção dos produtos]

A energia livre de Gibbs padrão da reação 𝑁2𝑂4(𝑔) → 2𝑁𝑂2(𝑔) é

Δ𝐺𝑟𝑜 = +4,73 𝑘𝐽.𝑚𝑜𝑙−1 , em 298 𝐾 . Qual é o valor de Δ𝐺𝑟 quando as

pressões parciais dos gases são 𝑃𝑁2𝑂4 = 0,80 𝑏𝑎𝑟 e 𝑃𝑁𝑂2 = 2,10 𝑏𝑎𝑟? Qual

é a direção espontânea da reação?

A energia livre de Gibbs padrão de 𝐻2(𝑔) + 𝐼2(𝑔) ⟶𝐻𝐼(𝑔)

é +1,70 𝑘𝐽.𝑚𝑜𝑙−1, em 25,0℃. Calcule a constante de

equilíbrio dessa reação.

ln𝐾 = −Δ𝐺𝑟

𝑜

𝑅𝑇=

1,7 × 103 J ∙ mol−1

8,3145 J ∙ K−1mol−1 × 298,15 𝐾= −0,685

𝑒ln 𝑥 = 𝑥; 𝐾 = 0,50

Equação Química Cte de Equilíbrio

𝑎𝐴 + 𝑏𝐵 ⇌ 𝑐𝐶 + 𝑑𝐷 𝐾1

𝑐𝐶 + 𝑑𝐷 ⇌ 𝑎𝐴 + 𝑏𝐵 𝐾2 = 1 𝐾1 = 𝐾1−1

𝑛𝑎𝐴 + 𝑛𝑏𝐵 ⇌ 𝑛𝑐𝐶 + 𝑛𝑑𝐷 𝐾1𝑛

Sabendo que:

Δ𝐺𝑟𝑜 = Δ𝐻𝑟

𝑜 − 𝑇Δ𝑆𝑟𝑜 e Δ𝐺𝑟

𝑜 = −𝑅𝑇 ln𝐾

ln𝐾 = −Δ𝐺𝑟

𝑜

𝑅𝑇= −

Δ𝐻𝑟𝑜

𝑅𝑇+Δ𝑆𝑟

𝑜

𝑅

𝐾 = 𝑒−Δ𝐻𝑟𝑜 𝑅𝑇 + Δ𝑆𝑟

𝑜 𝑅 = 𝑒−Δ𝐻𝑟𝑜 𝑅𝑇 𝑒Δ𝑆𝑟

𝑜 𝑅

𝐾 é pequeno se Δ𝐻 > 0 ; a menos que Δ𝑆 ≫ 0.

𝐾 < 10−3: Favorece reagentes.

𝐾 > 103: Favorece Produtos.

Suponha que, em uma mistura em equilíbrio contendo 𝐻𝐶𝑙, 𝐶𝑙2 e 𝐻2, a pressão parcial de 𝐻2 é 4,2 𝑀𝑃𝑎 e que a de 𝐶𝑙2 é 8,3 𝑀𝑃𝑎. Qual e a

pressão parcial de 𝐻𝐶𝑙 em 500,0 𝐾, sabendo que 𝐾 = 4,0 × 1018 para 𝐻2(𝑔) + 𝐶𝑙2(𝑔) ⇌ 2𝐻𝐶𝑙(𝑔)?

𝐾 =𝑃𝐻𝐶𝑙

2

𝑃𝐻2𝑃𝐶𝑙2⇒ 𝑃𝐻𝐶𝑙 = 𝐾𝑃𝐻2𝑃𝐶𝑙2 = 1,2 × 102

Suponha que as pressões parciais de 𝐶𝑙2 e 𝐻2 no equilíbrio sejam iguais

a 1,0 𝜇𝑃𝑎. Qual é a concentração molar de 𝐻𝐶𝑙 no equilíbrio em 500,0 𝐾,

sabendo que 𝐾 = 4,0 × 1018?

[Resposta: 𝑃𝐻𝐶𝑙 = 20,0 𝑚𝑏𝑎𝑟]

Suponha que as pressões parciais no equilíbrio de 𝑁2 e 𝑂2 na reação 𝑁2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) ⇌ 2𝑁𝑂(𝑔), em 800 𝐾, são iguais a 52 𝑘𝑃𝑎. Qual é a pressão

parcial no equilíbrio (em Pascals) de 𝑁𝑂 se 𝐾 = 3,4 × 10−21 em 800 𝐾?

𝑄 > 𝐾; Δ𝐺 > 0: Favorece reagentes.

“Independente da composição inicial da mistura de reação, a

proporção da mistura tende a se ajustar para que as atividades

resultem no valor de K.”

DIREÇÃO DA REAÇÃO 𝑄 < 𝐾; Δ𝐺 < 0: Favorece produtos.

𝑄 = 𝐾; Δ𝐺 = 0: Equilíbrio.

Uma mistura de hidrogênio, iodo e iodeto de hidrogênio, todos em 55 𝑘𝑃𝑎,

foi introduzida em um recipiente aquecido até 783 𝐾. Nessa temperatura, 𝐾 = +46 para 𝐻2(𝑔) + 𝐼2(𝑔) ⇌ 2𝐻𝐼(𝑔). Diga se HI tem tendência a se formar ou

a se decompor em 𝐻2(𝑔) e 𝐼2(𝑔).

𝑄 =𝑃𝐻𝐼

2

𝑃𝐻2𝑃𝐼2= 1,0

𝑄 < 𝐾: tendência na formação de produtos.

Uma mistura de 𝐻2, 𝑁2 e 𝑁𝐻3 com pressões parciais 22 𝑘𝑃𝑎, 44 𝑘𝑃𝑎 e 18 𝑘𝑃𝑎,

respectivamente, foi preparada e aquecida até 500 𝐾. Nessa temperatura, 𝐾 = 3,6 × 10−2 para a reação 𝑁2(𝑔) + 𝐻2(𝑔) ⇌ 2𝑁𝐻3(𝑔). Verifique se a amônia

tende a se formar ou a se decompor.

[Resposta: 𝑄 = 6,9; tende a se decompor]

Para a reação 𝑁2𝑂4(𝑔) ⇌ 2𝑁𝑂2(𝑔), em 298 𝐾, 𝐾 = 0,15. Uma mistura de 𝑁2𝑂4 e

𝑁𝑂2 com pressões parciais iniciais de 2,4 e 1,2 𝑏𝑎𝑟, respectivamente, foi

preparada a 298 𝐾 . Que compostos terão tendência a aumentar sua

pressão parcial?

CÁLCULOS DE EQUILÍBRIO Sob certas condições, nitrogênio e oxigênio reagem para formar

óxido de dinitrogênio, 𝑁2𝑂. Imagine que uma mistura de 0,482 𝑚𝑜𝑙 de 𝑁2 e 0,933 𝑚𝑜𝑙 de 𝑂2 é colocada em um balão de volume 10,0 𝐿

com formação de 𝑁2𝑂 em 800 𝐾, temperatura em que 𝐾 = 3,2 ×10−28 para a reação 2𝑁2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) ⇌ 2𝑁2𝑂(𝑔). Calcule as pressões

parciais dos gases na mistura no equilíbrio.

𝑃𝑁2 =𝑛𝑁2𝑅𝑇

𝑉= 3,21 bar ;

𝑃𝑂2 =𝑛𝑂2𝑅𝑇

𝑉= 6,21 bar;

𝑃𝑁2𝑂 = 0 bar

N2 O2 N2O

Início 3,21 6,21 0

Reage -2x -x +2x

Final 3,21 - 2x 6,21 - x 2x

CÁLCULOS DE EQUILÍBRIO

𝐾 =𝑃𝑁2𝑂

2

𝑃𝑁22𝑃𝑂2

=2𝑥 2

3,21 − 2𝑥 2 × 6,21 − 𝑥

Se 𝐾 é pequeno, 𝑥 deve ser pequeno também!

𝐾 ≅2𝑥 2

3,21 2 × 6,21⇒ 𝑥 ≅ 7,2 × 10−14

• 𝑥 < 5%, aproximação válida.

• 𝑃𝑁2 = 3,21 𝑏𝑎𝑟

• 𝑃𝑂2 = 6,21 𝑏𝑎𝑟

• 𝑃𝑁2𝑂 = 2𝑥 = 1,4 × 10−13 𝑏𝑎𝑟

As pressões parciais iniciais de nitrogênio e hidrogênio em um vaso

rígido selado são 0,010 e 0,020 𝑏𝑎𝑟, respectivamente. A mistura é aquecida até uma temperatura em que 𝐾 = 0,11 para 𝑁2(𝑔) +

3𝐻2(𝑔) ⇌ 2𝑁𝐻3(𝑔). Quais são as pressões parciais de cada substância

na mistura de reação no equilíbrio?

[Resposta: 𝑁2 = 0,010 𝑏𝑎𝑟; 𝐻2 = 0,020 𝑏𝑎𝑟; 𝑁𝐻3 = 9,4 × 10−5 𝑏𝑎𝑟]

O gás cloreto de hidrogênio foi introduzido em um balão que continha iodo sólido até que a pressão parcial atingisse 0,012 𝑏𝑎𝑟. Na temperatura do experimento, 𝐾 = 3,5 × 10−32 para 2𝐻𝐶𝑙(𝑔) +

𝐼2(𝑔) ⇌ 2𝐻𝐼(𝑔) + 𝐶𝑙2(𝑔). Suponha que um pouco de 𝐼2 permanece no

equilíbrio. Quais são as pressões parciais de cada gás na mistura de

reação no equilíbrio?

Suponha que colocamos 3,12 𝑔 de 𝑃𝐶𝑙5 em um recipiente de 500,0 𝑚𝐿 e que a amostra atingiu o equilíbrio com os produtos de decomposição tricloreto de fósforo e cloro em 250 ℃, com 𝐾 =78,3, para a reação 𝑃𝐶𝑙3(𝑔) ⇌ 𝑃𝐶𝑙3(𝑔) + 𝐶𝑙2(𝑔). As três substâncias são

gases em 250 ℃. Encontre a composição da mistura no equilíbrio em mols por litro.

5

23.

PCl

ClPCl

p

ppK

PCl5 PCl3 Cl2

Início 1,30 0,0 0,0

Variação - x + x + x

Equilíbrio 1,30 - x x x

molg

g

M

mn

/4,208

12,3

barPap

m

KKmolJmolp

nRTpV

PCl

PCl

3,1103,1

105

523./3145,8

4,208

12,3

5

34

5

5

3,783,1

.

x

xxK

28,1

6,79

2

1

x

x

barp

barp

barxp

Cl

PCl

PCl

28,1

28,1

02,03,1

2

3

5

Porcentagem de decomposição = 95,0%

O monocloreto de bromo, 𝐵𝑟𝐶𝑙, decompõe-se em bromo e cloro e atinge o equilíbrio 2𝐵𝑟𝐶𝑙(𝑔) ⇌ 2𝐵𝑟2(𝑔) + 𝐶𝑙2(𝑔), com 𝐾 = 32

em 500,0 𝐾. Se, inicialmente, 𝐵𝑟𝐶𝑙 puro esta presente na

concentração 3,30 𝑚𝑏𝑎𝑟, qual é sua pressão parcial na mistura

em equilíbrio?

[Resposta: 0,3 𝑚𝑏𝑎𝑟]

Cloro e flúor reagem em 2500,0 𝐾 para produzir 𝐶𝑙𝐹 e atingem o equilíbrio 𝐶𝑙2(𝑔) + 𝐹2(𝑔) ⇌ 2𝐶𝑙𝐹(𝑔) com 𝐾 = 20,0. Se uma mistura de

gases com 𝑃𝐶𝑙2 = 0,200 𝑏𝑎𝑟, 𝑃𝐹2 = 0,100 𝑏𝑎𝑟 e 𝑃𝐶𝑙𝐹 = 0,100 𝑏𝑎𝑟 entra

em equilíbrio em 2500,0 𝐾, qual é a pressão parcial do 𝐶𝑙𝐹 na

mistura em equilíbrio?

RESPOSTA DO EQUILÍBRIO

PRINCÍPIO DE LE CHATELIER

“Quando uma perturbação exterior é aplicada

a um sistema em equilíbrio dinâmico, ele tende

a se ajustar para reduzir ao mínimo o efeito da

per- turbação.”

Mudança na composição durante a reação.

Compressão da mistura.

Alteração na temperatura.

Presença de catalisadores?

PRODUÇÃO DE AMÔNIA WWII: Aumento na demanda compostos nitrogenados.

𝑁𝑂32− para agricultura e para produção de armas

Extração: Salitre do Chile. 𝑁𝑎𝑁𝑂3 ou 𝐾2𝑁𝑂3.

Pouca quantidade e vulnerável ao ataque.

Fixar N do ar! Como?

Fritz & Haber:

𝑁2(𝑔) + 3𝐻2(𝑔) ⇌ 2𝑁𝐻3(𝑔)

Problema: Reação não vai até o fim!

Reagentes e Produtos coexistem na mistura final.

A Reação “pára” e estabelece-se um equilíbrio entre 𝑁2, 𝐻2 e 𝑁𝐻3.

Equilíbrio Químico entre Reagentes e Produtos.

?

𝑁2(𝑔) + 3𝐻2(𝑔) ⇌ 2𝑁𝐻3(𝑔)

Produção de Amônia

? ?

𝑁2(𝑔) + 3𝐻2(𝑔) ⇌ 2𝑁𝐻3(𝑔)

Produção de Amônia

Adição de H2; adição de NH3

? ?

𝑁2(𝑔) + 3𝐻2(𝑔) ⇌ 2𝑁𝐻3(𝑔)

Produção de Amônia

?

𝑁2(𝑔) + 3𝐻2(𝑔) ⇌ 2𝑁𝐻3(𝑔)

Produção de Amônia

Adicionou-se 0,345 𝑔 de 𝐶𝑙2 (exercício anterior). Qual a composiçcão da mistura no equilíbrio?

)(2)(3)(5 ggg ClPClPCl

PCl5 PCl3 Cl2

Início 0,02 1,28 1,28 + 0,87

Variação + x - x - x

Equilíbrio 0,02 + x 1,28 - x 2,15 – x

molg

g

M

mn

/5,34

345,0

barp

m

KKmolJmolp

Cl

Cl

87,0

105

523./3145,801,0

2

2 34

3,7802,0

15,2.28,1

x

xxK

02,0

7,81

2

1

x

x

barxp

barxp

barxp

Cl

PCl

PCl

13,215,2

26,128,1

04,002,0

2

3

5

(1,28 – x) é uma pressão parcial.

Compressão da Mistura. Aumento da pressão desloca o equilíbrio da reação no sentido de diminuir o número de moléculas de gás.

?

𝑁2(𝑔) + 3𝐻2(𝑔) ⇌ 2𝑁𝐻3(𝑔)

Produção de Amônia

𝑁2(𝑔) + 3𝐻2(𝑔) ⇌ 2𝑁𝐻3(𝑔)

Produção de Amônia

Produção de Amônia

Melhorado por Carl Bosh (ferro), o processo de Haber é usado para produzir quase toda amônia no mundo.

HABER-BOSH

~ 80% Usada como fertilizante.

Produção de Amônia

Catalisadores

Δ𝐺 depende somente das espécies químicas que aparecem na equação química total da reação.

Aumenta a velocidade da reação nos 2 sentidos (caminho alternativo).

Não é consumido nem gerado durante a reação.

Não altera o equilíbrio da mistura.

𝐾 ⟶ 𝐾(𝑇, Δ𝐺)