equilíbrio químico e iônico
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Equilíbrio Químico e Iônico
Prof Carlos Priante
AULA 11
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Sistemas em equilíbrio são:
• DINÂMICOS (em movimento constante)
• REVERSÍVEIS (Podem ser atingidos de qualquer direção)
A B
• Equilíbrio – dois processos opostos que ocorrem com velocidades iguais, em movimento constante
Velocidade da reação direta
Velocidade da reação inversa=
H2O(s) H2O(l) H2O(g)
•A reação que ocorre da esquerda para a direita chama-se REAÇÃO DIRETA.•A reação que ocorre da direita para a esquerda chama-se REAÇÃO INVERSA.
• No início da reação a velocidade direta é máxima, pois temos uma maior concentração do reagente e, a velocidade da reação inversa é nula, pois não temos, ainda, um produto.
• À medida que a reação se processa a velocidade da reação direta diminui e da reação inversa aumenta.
• Teoria das Colisões: Quando 2 moléculas A e B colidem uma com a outra numa orientação apropriada e com suficiente energia, elas podem reagir formando novas moléculas, os produtos C e D.
A + B C + D
Reversibilidade no Equilíbrio QuímicoReversibilidade no Equilíbrio Químico
A + B
C + D
Energia Potencial
Complexo Ativado
Reagentes
Produtos
A + B C + D
,a fE
DH
exotérmica,
• A partir de um momento, quantidades significativas de C e D são formadas, e sua concentração começa a aumentar.
• Torna-se inevitável que uma molécula de C colida com uma de D.
• Se esta colisão ocorrer com energia e orientação adequadas, elas podem reagir e formar novamente as moléculas originais A e B.
C + D A + B
A + B
C + D
Energia Potencial
Complexo Ativado
Reagentes
Produtos
C + D A + B
,a bE
DH
endotérmico
[A][B]f fr k
CONSTANTE DE EQUILÍBRIO
• Suponhamos que a reação a seguir ocorra em ambos os sentidos e que inicialmente apenas A e B estejam presentes no sistema de reação.
a A + b B c C + d D
Velocidade da Reação Direta:
Inicialmente C e D não estão presentes, ou seja, não há reação inversa. Há apenas a reação direta:
A + B C + D
•Após um certo tempo, a concetração de C e D cresce e a reação inversa começa a acontecer também:
C + D A + BVelocidade da Reação Inversa : [C][D]b br k
•Conforme a reação prossegue, as concentrações de A e B caem, ao passo que as de C e D aumentam.
[A][B]
[C][D]
f f
b b
r k
r k
•Quando as velocidades se tornam iguais, as concentrações de A, B, C e D não mais mudam no tempo.
•Atingiu-se o equlíbrio químico.
•Ao nível molecular tanto a reação direta quanto a inversa continuam ocorrendo, o equilíbrio é dinâmico e ocorrem continuamente na mesma velocidade.
•Logo as velocidades das reações direta e inversa :
[A][B] [C][D]
[C][D] a constant
[A][B]
f b
f b
f
b
r r
k k
kK
k
Concentrações de Produtos
Concentrações de Reagentes
C DK
A B
c d
a b
• O valor de KC depende da reação considerada e da temperatura, e independe das concentrações iniciais dos reagentes.
• A constante de equilíbrio é tratada como um número puro, isto é, sem unidades.
• Líquidos e sólidos puros, que não fazem parte de solução, não constam da expressão da constante de equilíbrio.
Determinação de KDeterminação de K
(PUC-RS) Um equilíbrio envolvido na formação da chuva ácida está representado pela equação:
2SO2(g) + O2(g) ↔ 2SO3(g)
Em um recipiente de 1 litro, foram misturados 6 mols de dióxido de enxofre e 5 mols de oxigênio. Depois de algum tempo, o sistema atingiu o equilíbrio; o número de mols de trióxido de enxofre medido foi 4. O valor aproximado
da constante de equilíbrio é:
1º Passo: Construa uma tabela de concentrações
2º Passo: substituir os valores encontrados na expressão da constante de equilíbrio Kc dessa reação:
Kc = [SO3]2 [SO2]2 . [O2]
Kc = __(4)2__ (2)2 . 3
Kc = 1,33
ExemplosEscreva as expressões de constante de equilíbrio para as seguintes reações:
Equações Químicas balanceadas cK
2 2 3N (g) + 3H (g) 2NH (g)
2 22HI(g) H (g) + I (g)
2 2 32SO (g) + O (g) 2SO (g)
23
32 2
[NH ]
[N ][H ]cK
2 22
[H ][I ]
[HI]cK
23
22 2
[SO ]
[SO ] [O ]cK
Pressão Parcial
• Podemos, também, expressar a constante de equilíbrio em termos de pressões parciais (KP). Neste caso, as substâncias envolvidas serão gases.
Gases: KP
Equações Químicas balanceadas
cK
2 2 3N (g) + 3H (g) 2NH (g)
2 22HI(g) H (g) + I (g)
2 2 32SO (g) + O (g) 2SO (g)
23
32 2
[NH ]
[N ][H ]cK
2 22
[H ][I ]
[HI]cK
23
22 2
[SO ]
[SO ] [O ]cK
pK
3
2 2
2NH
3N H
p
pK
p p
2 2H I
2HI
p
p pK
p
3
2 2
2SO
2SO O
p
pK
p p
DESLOCAMENTO DO EQULÍBRIO
• No equilíbrio, as velocidades v1 e v2 são iguais e as concentrações das substâncias A, B, C e D são constantes.
• Se, por algum motivo, houver modificação em uma das velocidades, teremos mudanças nas concentrações das substâncias.
• Esta modificação em uma das velocidades ocasiona o que denominamos de deslocamento do equilíbrio, que será no sentido da maior velocidade.
• Porém, após certo tempo, a reação volta a estabelecer um novo equilíbrio químico, mas com valores de concentrações e velocidades diferentes das iniciais.
• O químico Henri Louis Le Chatelier propôs um princípio que afirma: “Quando um sistema em equilíbrio sofre algum tipo de perturbação externa, ele se deslocará no sentido de minimizar essa perturbação, a fim de atingir novamente uma situação de equilíbrio”.
• É possível provocar alteração em um equilíbrio químico por variações de temperatura, de concentração de participantes da reação e pressão total sobre o sistema.
TEMPERATURA
• Colocando-se o gás NO2(g), de coloração castanha, contido em um balão de vidro, em banhos de diferentes temperaturas, observa-se o seguinte.
• Se a coloração castanha desaparece a 0°C é porque, praticamente, não há mais NO2, isto é, ele foi transformado em N2O4.
• Observa-se que o aumento da temperatura favorece a reação (2) que é endotérmica, e a redução da temperatura favorece a reação (1) que é exotérmica.
Ou seja:
• Um aumento de temperatura desloca o equilíbrio no sentido endotérmico.
• Uma diminuição de temperatura desloca o equilíbrio no sentido Exotérmico.
CONCENTRAÇÃO
• Podemos perceber que uma solução de um cromato é amarela, e a solução de um dicromato é alaranjada.
Porém, o acréscimo de uma base a ambas as soluções as tornam amareladas, sugerindo apresença em maior quantidade dos íons cromatos, isto é, a adição da base desloca oequilíbrio para a direita.
Se houver a adição de íons H+ ao cromato em meio básico, a cor mudará para laranja, deslocando o equilíbrio para a esquerda.
Ou seja:
• O aumento da concentração de uma substância desloca o equilíbrio químico no sentido oposto ao da substânciaacrescentada.
• A diminuição da concentração de uma substância desloca o equilíbrio químico no mesmo sentido da substânciaretirada.
PRESSÃO• Alterações de pressão influenciam em equilíbrios que
possuem espécies químicas no estado gasoso.
• Verifica-se que o aumento da pressão favoreceu a produção da amônia, isto é, deslocou o equilíbrio para a direita, que é aquele que possui menor quantidade de mols na fase gasosa.
• Se a pressão fosse diminuída o equilíbrio se deslocaria para a esquerda, favorecendo o consumo de amônia, isto é, no sentido da maior quantidade de mols na fase gasosa.
Ou seja:
• O aumento da pressão sobre o sistema desloca o equilíbrio químico no sentido do menor número de mols na fase gasosa.
• A diminuição da pressão sobre o sistema desloca o equilíbrio químico no sentido do maior número de mols na fase gasosa.
Equilíbrio Iônico
O equilíbrio iônico é um caso isolado de equilíbrio químico, em que o sistema em
estudo é uma solução aquosa contendo íons em contato com moléculas ou compostos
iônicos pouco solúveis.
• Dos equilíbrios iônicos em solução aquosa, um dos mais importantes é o que ocorre na ionização dos ácidos e na dissociação das bases.
• Nos equilíbrios iônicos, também são definidos um grau de ionização (α) e uma constante de equilíbrio (Ki).
Constante de Ionização
• Para os ácidos a constante de ionização recebe o nome especial de constante de acidez (Ka) e para as bases a constante de ionização denomina-se constante de basicidade (Kb).
LEI DA DILUIÇÃO DE OSTWALD
• É uma lei que relaciona o grau de ionização com o volume (diluição) da solução.
• Dependendo da quantidade de íons livres que a solução apresentar, ela pode ser classificada como eletrólito forte ou fraco.
• A água, pura ou quando usada como solvente, se ioniza fracamente, formando o equilíbrio iônico:
• A constante de equilíbrio será:
EQUILÍBRIO IÔNICO DA ÁGUA – pH e pOH
• Como a concentração da água é praticamente constante, teremos:
• O produto das duas constantes (Ki e [H2O]) é uma nova constante (KW), denominada de produto iônico da água.
• Em 25°C , o produto iônico da água é igual a 10 – 14. Então:
• Em água pura a concentração hidrogeniônica [H+] é igual à concentração hidroxiliônica [OH –], isto é, a 25°C, observa-se que:
• Nestas condições dizemos que a solução é neutra.• As soluções em que [H+] > [OH –] terão características ácidas
e:
• As soluções em que [H+] < [OH –] terão características básicas e:
pH + pOH= 10-14
• Em soluções neutras pH = pOH = 7
• Em soluções ácidas pH < 7 e pOH > 7
• Em soluções básicas pH > 7 e pOH < 7
• Em uma mesma solução pH + pOH = 14.
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