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CONCEITO DE EQUILÍBRIO QUÍMICO
O rigor, todas as reacções químicas são reversíveis, isto é, ocorrem simultaneamente no sentido reagentes → produtos e no sentido produtos → reagentes. Em muitos casos, po rém, a reacção no sentido produtos → reagentes ocorre em proporção tão pequena que, do ponto de vista prático, essa reacção é considerada irreversível.
Consideremos uma reacção representada pela equação geral:
Exemplificando um equilíbrio químico
Sejam V1 e V2 as velocidades das reacções directas e inversa, respectivamente. Supondo que essas reacções sejam elementares, temos:
V1 = K1 [A] [B] e V2 = K2 [C] [D]
No início da reacção, isto é, no instante em que misturamos a mols de A com b mols de B, V1 as sume o seu valor máximo, porque [A] e [B] têm seus valores máximos. Com o decorrer do tempo, [A] e [B] vão diminuindo, pois A e B vão sendo consumidos na reacção directa e, consequentemente, V1 vai diminuindo.
À medida que C e D vão-se formando na reacção, suas concentrações vão aumentando e, consequentemente, V2 aumenta com o decorrer do tempo.
Como V1 diminui e V2 aumenta, depois de algum tempo teremos V1 = V2. A partir desse instan te, [A], [B], [C] e [D] permanecem constantes, porque, num mesmo intervalo de tempo, o número de mols de cada substância consumidos numa reacção é igual ao número de mols formados na reacção de sentido oposto.
Gráfico com equilíbrio químico
os reagentes se transformam em produtos e os produtos se transformam em reagentes.
No gráfico abaixo, os reagentes são representados por B e os produtos por A.
No instante em que V1 = V2, dizemos que o sistema atingiu o equilíbrio. A partir desse instante, o sistema constitui um equilíbrio químico. Para calcular mos a velocidade usamos a seguinte formula ;
Vm = -? [final - inicial]
?t
Equilíbrio químico é uma reacção reversível, na qual a velocidade da reacção directa é igual à kvelocidade da reacção inversa. Consequentemente, as concentrações de todas as substâncias participantes permanecem constantes.
As constantes de equilíbrio determinadas em bases nas concentrações em mol/L, são representadas por Kc. Para o equilíbrio
CO2 (g) + Ca(OH)2(aq) CaCO3 (s) + H2O(l)
Representa-se assim a expressão de Kc, em termos de concentração:
Kc = _______1______
[CO2]. [Ca(OH)2]
Nas expressões de Kc, não se representam as concentrações de sólidos, nem de líquidos; e os coeficientes estequiométricos são os expoentes das concentrações, em mol/L das substâncias correspondentes das equações
Constantes de equilíbrio e pressões parciais (Kp)
Para os gases, também se pode escrever a pressão da lei de equilíbrio químico K, em termos das pressões parciais. Para equilíbrio:
\
N2 (g) + 3 H2 (g) 2NH3 (g)
Tem-se a constante em termos das concentrações:
Kc = ___[NH3]2_____[N2]. [H2]
Ou, em termos das pressões parciais:
Kp = (PNH3)2(PN2). (PH2)
Relação entre Kc e Kp
Embora Kc e Kp representem valores constantes à mesma temperatura, elas não são necessariamente iguais, onde:
Kp = Kc. (R. T) ∆n
Em que ∆n corresponde à variação da quantidade de matéria-prima referente aos coeficientes estequiométricos em equilíbrio.
Expressões matemáticas
Cálculo das constantes de equilíbrio
O grau de equilíbrio demonstra a relação entre a quantidade de matéria, em mol, consumida e a respectiva quantidade inicial de um determinado reagente.
α = quantidade de matéria consumida (mol) α = 2 mol, α = 0,4 ou 40%
quantidade de matéria inicial (mol) 5 mol
O valor numérico do grau de equilíbrio pode variar entre zero e um.
0 < α <
Quociente de equilíbrio (Qc)
Quando uma reacção está caminhando para o estado de equilíbrio, pode-se determinar o quociente de equilíbrio, Qc, da mesma maneira que se expressa a constante de equilíbrio, porém, como o sistema ainda não chegou ao estado de equilíbrio, o valor de Qc é variável.
Qc = __[produtos] __
[reagentes]
A importância de conhecer o valor do Qc se deve ao fato de ele indicar que a reação em estudo chegou ao estado de equilíbrio. Nesse caso, deve-se relacionar a constante de equilíbrio da reação ao quociente de equilíbrio.
Características do equilíbrio
- No equilíbrio, a velocidade da reacção directa (v1) é a mesma velocidade da reacção inversa (v2).
- O equilíbrio químico é um equilíbrio dinâmico.
- A impressão externa é de que tudo cessa, mas isso não ocorre. Tanto a reacção directa como a inversa permanecem contínuas e sem interrupções, no entanto, com a mesma velocidade. A igualdade das velocidades directa e inversa mantém o equilíbrio químico contínuo.
- Como resultado disso, as concentrações de todas as substâncias presentes permanecem constantes no decorrer do tempo.
- Qualquer reacção reversível tende, naturalmente, ao equilíbrio, pois ao atingir o equilíbrio o sistema consome menos energia. E assim permanece, a não ser que algum factor externo interfira nessa situação.
- Portanto, o equilíbrio químico é obtido apenas nas reacções que ocorrem em sistema fechado, onde não há a introdução ou remoção de matéria ou de energia.
- Macroscopicamente tudo cessa, ou seja, a aparência externa do estado de equilíbrio mostra que tudo parou, no entanto, sabemos que macroscopicamente (no plano molecular) ambas as reacções continuam ocorrendo, com a mesma velocidade.
