Equilíbrio Químico Equilíbrio Químico

Equilíbrio Químico

Profa. Kátia Aquino

O que é? 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. Foi estudado pela primeira vez pelo químico francês Claude Louis Berthollet em seu livro Claude Louis Berthollet 1748-1822 Essai de Statique Chimique de 1803. 2 http://en.wikipedia.org/wiki/Claude_Louis_Berthollet

Condições para equilíbrio Sistema fechado.

Reação reversível.

Velocidade da reação direta igual a velocidade da reação inversa.

Concentrações ou pressões parciais (no caso gases) constantes com o tempo. 3

Reversibilidade de uma reação 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) ΔH=-22 kcal

Note-se que a seta dupla significa que a reação ocorre nos dois sentidos. 4

Graficamente.......

http://pt.wikipedia.org/wiki/Equilbrio_quimico

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Priincípio de Le Chatelier Henri Le Chatelier (1850 - 1936) Princípio de Le Chatelier: Se uma pertubação é aplicada a um sistema em equílibrio, o equilíbrio irá se alterar para reduzir o efeito da pertubação. www.explicatorium.com/Henri-Le-Chatelier.php

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1.

Fatores que influenciam o equilíbrio Concentração Ácido carboxílico + álcool

éster + água

7 Fonte: Química Vol. 2 Ricardo Feltre, editora Moderna

Equilíbrio e o cotidiano I O efelto da luz

http://www.quimicalizando.com/curiosidades/o-segredo-das-lentes-transictions 8

Equilíbrio e o cotidiano II O efelto da concentração

O odor do peixe

CH3-NH2+ H2O

CH3-NH3+ + OH-

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2. Pressão (para sistemas gasosos)

2NO2(g) ⇄ N2O4 (g) vermelho incolor

Fonte: Química Vol. 2 Ricardo Feltre, editora Moderna

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3. Temperatura

N2(g) +3H2(g) ⇄ 2 NH3 (g)

∆H=-26,2 kcal

Fonte: Química Vol. 2 Ricardo Feltre, editora Moderna 11

4. Efeito do catalisador O catalisador não desloca o equilíbrio químico

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Constante de equilíbrio Equação elementar genérica:

aA + bB

yY + zZ

Concentração no equilíbrio

Kc=Constante de equilíbrio em função da concentração 13

Constante para a soma das reações 2P(g)

+ 3Cl2(g)

2PCl3(g)

PCl3(g) +Cl2(g)

PCl5(g)

PCl3(g) +Cl2(g)

PCl5(g)

2P(g) + 5Cl2(g)

2PCl5(g)

Kc da equação global

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Quociente de uma reação química (Qc) Expressa-se o quociente da reação de forma igual a expressão da constante de equilíbrio, porém para pressões parciais ou concentrações dos reagentes e produtos fora do sistema em equilíbrio. Se Q < K então a reação está ocorrendo em direção à formação dos produtos. Se Q > K então a reação está ocorrendo no sentido inverso, isto é para os reagentes. Se Q = K a reação está em equilíbrio, usamos K no lugar de Q. 15

Em outras palavras... Com estes dados Com estes dados calcula-se Kc ou Kp calcula-se o Qc (uma reação química (uma reação química em equilíbrio só possui um Qc para possui um Kc ou Kp) cada tempo)

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Um exemplo.... Uma mistura de hidrogênio (H2), iodo (I2), e iodeto de hidrogênio (HI), cada um com concentração de 0,0020 mol L-1, foi introduzida em um recipiente aquecido a 490°C. Nesta temperatura o valor de constante de equilíbrio (Kc) é igual a 46 para a seguinte reação: H2(g) + I2(g)

2 HI(g)

Indique se a reação tem tendência de formar mais HI ou não. Resposta:

Calculando Qc, chegamos ao valor de Qc=1. Como Q [OH-] pH < 7 [H+] < [OH-] pH >7

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Lei da Diluição de Ostwald Wilhelm Ostwald 1824-1903

http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1909/ostwald-bio.html

Ki = Ka ou Kb Para ácidos ou bases fracos, desconsiderar o denominador da equação, ou seja:

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Como calcular o pH? AH [ácido]

H + + A[ácido] α [ácido]α

logo [H+]=[ácido].α pH=-log[H+] Usando o mesmo raciocínio para bases temos: [OH-]=[base].α pOH=-log[OH-]

Importante: pH + pOH = 14 37

Vamos tentar?

Uma solução 0,1M de uma monobase fraca, que possui Kb=10-5, foi preparada à 25°C. Calcule o pH da solução e o Ka associado à base. 38

Equilíbrio em solução-tampão O pH não varia com adição de um ácido ou uma base fortes (até um limiar)

Nosso sangue CO2 + H2O H2CO3 (1) H2CO3 H+ + HCO3- (2)

39 Fonte http://hermes.ucs.br/ccet/defq/naeq/material_didatico/textos_interativos_34.htm

Outros exemplos Tampão ácido: Ácido acético/acetato de sódio http://brochierprocouros.com.br/modules.ph Ácido cianídrico/cianeto de potássio p?mod=prd&act=2&cat=Laborat%F3rio%20&pg=3 Tampão básico: Hidróxido de amônio/cloreto de amônio Hidróxido de amônio/sulfato de amônio

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Equação de HendersonHasselbalch

Tente deduzir esta equação utilizando a equação para obtenção de Ka (slide 29). Faça também a dedução para o cálculo de pH de uma solução tampão básica, a partir de Kb. A concentração do ânion [A-] na solução tampão é proveniente do sal solúvel que constitui a mesma. 41

Equilíbrio na dissolução de sais Hidrólise: o equilíbrio de sais solúveis Neste equilíbrio o cátion do sal reage com a hidroxila proveniente da água do sistema formando a base correspondente. Por outro lado o ânion do sal reage com o íon hidrogênio também proveniente da água do sistema para formar o ácido correspondente. A posterior ionização do ácido ou dissociação da base formados, dependerá da força de cada um. 42

De forma geral temos:

Kh=constante de hidrólise

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Um exemplo:

Kh=[H+] [NH4OH] [NH4+] Formação de ácido forte de base fraca = hidrólise ácida! 44

Agora vamos representar as hidrólises... a) acetato de sódio b) cianeto de amônio c) nitrato de cálcio http://www.dzoo.uevora.pt/index.php/dzoo/ensino/modulos_ ucs/quimica_organica_geral

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Não esqueça!

Só há o equilíbrio de hidrólise para sais solúveis

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Relações da constante de hidrólise e outras constantes de equilíbrio Um exemplo: A constante de hidrólise ácida é inversamente proporcional à constante básica da base formada no processo.

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Usando o mesmo raciocínio: Para hidrólise básica temos:

Para hidrólise de sais que formam ácidos e bases fracos temos:

Para sais que não sofrem hidrólise temos: Kh =Kw

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Vamos exercitar... (FEI - SP) Os compostos cianeto de sódio (NaCN), cloreto de zinco (ZnCl2), sulfato de sódio (Na2SO4) e cloreto de amônio (NH4Cl), quando dissolvidos em água, tornam o meio respectivamente:

a) básico, ácido, ácido, neutro; b) ácido, básico, neutro, ácido; c) básico, neutro, ácido, ácido; d) básico, ácido, neutro, ácido; e) ácido, neutro, básico, básico.

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Equilíbrio na dissolução de sais Produto de solubilidade: o equilíbrio dos sais pouco solúveis Em uma solução saturada com corpo de chão de um sal pouco solúvel, existe equilíbrio entre a concentração (que é muito pequena) dos íons em solução e o sal sólido depositado no fundo do recipiente. 50

De forma geral:

http://www.umicore.com.br/metaloqProdutos.htm

H2 O

CA(s) ↔

C

+

-

(aq)

+ A (aq)

Kps= constante de equilíbrio para o produto de solubilidade

Kps= [C+] [A-] 51

importante! Quanto maior o Kps mais íons tem-se dissolvidos na solução. Kps só é calculado para sais pouco solúveis. Por se tratar de uma solução saturada, pode-se dizer que a concentração de íons na solução é comparado com o coeficiente de solubilidade do sal (Cs). A solubilidade de sais pouco solúveis pode ser comparada entre si utilizando o valor de Kps, desde que o número de íons dos sais que estão sendo comparados seja igual. 52

Vamos exercitar? (UPE-2010) Em um balão volumétrico de 1,0L de capacidade, foram dissolvidos em água destilada 0,10 mol de íons Cd2+ e 0,010 mol de íons Pb2+, estando o balão aferido a 1,0L. Adicionam-se ao balão volumétrico, de forma apropriada, gotas de uma solução de sulfeto de sódio. A percentagem do cátion Cd 2+ em solução, no instante em que o cátion Pb2+ começa a precipitar, é igual a: (Considere que não há variação de volume, quando se adicionam as gotas de sulfeto de sódio) Dados: KPS(CdS) = 1,0X10-28 , KPS( PbS) = 1,0X10-27 A) 0,1%.

D) 0,01%.

B) 2,0%.

E) 1,0%.

C) 10,0%.

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(UPE-2010) O sulfeto de um metal pesado (MS) encontrado nas águas de rios poluídos tem KPS = 2,5 x 10-53. O volume, em litro, de uma solução saturada desse sulfeto que contém um único cátion desse metal é: Dado: N= 6 x 1023 A) 1/3 x 103

D) 1/25 x 10-8

B) ¼ x 105

E) 1/8 x 10-3

C) 1/10 x 108

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A termoquímica do equilíbrio químico No equilíbrio a energia de Gibbs é igual a zero. Então temos: Se ΔG°1. Se ΔG°=0, logo K=1. Se ΔG°>0 ,logo K