Equilíbrio químico – Aula de Química Enem

“Todas as reações químicas atingem o equilíbrio.”

• O equilíbrio químico é dinâmico (as reações direta e reversa continuam ocorrendo), ou seja, constitui uma reação reversível;
• No equilíbrio, a velocidade da reação direta é igual à da reação inversa (a composição da mistura reacional é constante).

Ex: 3H_2(g) + N_2(g) 2NH_3(g)

(a) Reação direta

(b) Reação inversa

Quando uma reação atinge o equilíbrio, as concentrações dos reagentes e produtos permanecem constantes.

Grau de equilíbrio de um reagente (α)

É o quociente entre a quantidade de mols de um reagente que realmente reage até atingir o equilíbrio da reação e a quantidade inicial de mols adicionados desse reagente.

Constante de equilíbrio

“No equilíbrio, a composição da mistura reacional pode ser expressa em termos de uma constante de equilíbrio (K).” Ela só é alterada pela variação de temperatura, logo, para medi-la é necessário que a temperatura seja constante.

Para a reação geral:

aA + bB D cC + dD

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Constante de equilíbrio para solutos

Onde a é a atividade de cada componente e depende da concentração e da carga do soluto. Para soluções diluídas, a atividade é igual à concentração molar da solução ou à pressão parcial dos gases.

Onde [ ] representa concentração molar (mol/L)

Constante de equilíbrio para gases

Onde P representa a pressão parcial de cada componente em bar (1bar 1atm).

Líquidos e sólidos puros possuem atividade igual a 1.

Ex.:

OBS.:

Q = coeficiente da reação: mostra a composição da reação a qualquer instante da reação

K = constante de equilíbrio da reação: mostra a composição da reação no equilíbrio

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Deslocamento do equilíbrio

Princípio de Le Chatelier:

“Quando uma perturbação é aplicada a um sistema em equilíbrio dinâmico, o equilíbrio tende a se ajustar de forma a minimizar o efeito da perturbação.”

Adição de reagentes:

• Le Chatelier: A adição de um reagente tende a ser minimizada pelo seu consumo e formação de mais produtos (o equilíbrio é deslocado no sentido de formação dos produtos).
• Termodinâmica: Logo após a adição de mais reagente, Q < K, logo a reação tende a formar mais produtos até Q atingir K.

Adição de produtos:

• Le Chatelier: A adição de um produto tende a ser minimizada pelo seu consumo e formação de mais reagentes (o equilíbrio é deslocado no sentido de formação dos reagentes).
• Termodinâmica: Logo após a adição de mais produto, Q > K, logo a reação tende a formar mais reagentes até Q atingir K.

Variação na pressão

Desloca o equilíbrio de reações que envolvam gases.

Um aumento na pressão de uma reação em equilíbrio desloca o equilíbrio no sentido de formação de menos moles de moléculas gasosas.

Ex.:

Como PV= nRT

Variação na temperatura

Um aumento na temperatura de uma reação em equilíbrio desloca o equilíbrio no sentido da reação endotérmica.

Obs.: O aumento da temperatura altera a constante de equilíbrio.

Reação direta endotérmica:

CALOR + aA + bB cC + dD

∆H > 0

Reação direta exotérmica:

aA + bB cC + dD + CALOR

∆H < 0

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Desafios

Questão 1

(UFSM)

A amônia é uma matéria-prima básica para a síntese de fertilizantes.

A equação que representa a síntese da amônia é:

Sob pressão constante de 100 atm, observa-se que, com o aumento da temperatura, o rendimento da reação varia de acordo com o gráfico.

Com referência a essa reação, é correto afirmar:

a) Como a reação direta é exotérmica, o aumento da temperatura diminui o rendimento de NH₃.

b) A temperatura não tem influência na formação da amônia.

c) O aumento da temperatura desloca o equilíbrio no sentido da reação direta.

d) Quanto maior a temperatura, menor a quantidade de N₂ e H₂ produzida pela reação inversa.

e) A diminuição da temperatura desloca o equilíbrio no sentido da reação inversa.

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Questão 2

A água é uma das mais importantes substâncias do planeta Terra, tanto para os processos vitais como para os físico-químicos. No estado líquido e sólido, cobre mais de dois terços do pleneta e, na forma gasosa, é constituinte da atmosfera. Os organismos vivos originaram-se em meio aquoso e se tornaram dependentes dele no decurso da evolução. A água é o solvente universal, pois possibilita a maioria das reações químicas. Assim, o conhecimento de suas propriedades físico-químicas é essencial para o estudo de suas funções na natureza.

REICHARDT, K, TIMM, L. C. Solo, Planta e Atmosfera: conceitos, processos e aplicações. São Paulo: Ed. Manole, 2004. (adaptado)

Considere a reação:

Considere a constante de equilíbrio K=1,24 x 10⁸⁰, a 25ºC, para a reação citada. Pode-se, então, afirmar que

I. K>1 indica que o equilíbrio está deslocado no sentido de formação de H2O(g).

II. K é independente da temperatura.

III. K depende das concentrações de H_2(g), O_2(g) e H₂O_(g) no equilíbrio.

Está(ão) correta(s)

a) apenas I.

b) apenas II.

c) apenas III.

d) apenas I e II.

e) apenas I e III.

Questão 3

(UDESC) Em 1884, Henri Louis Le Chatelier descreveu um princípio que ficou conhecido como Princípio de Le Chatelier e anuncia: “quando algumas condições que determina o equilíbrio é modificada, o sistema responde, no sentido de amenizar a perturbação sofrida”. Exemplo disso é a água oxigenada, que se decompõe em água e oxigênio, segundo a reação em equilíbrio a seguir.

A mudança causada na reação em equilíbrio que favorece a formação dos produtos é o aumento da:

a) concentração de H₂O₂

b) concentração de H₂O

c) concentração de O₂

d) temperatura

e) pressão

Questão 4

(UDESC) O dióxido de nitrogênio (NO_2(g)) é um dos gases responsáveis pela formação de chuva ácida. Calcule a constante de equilíbrio, em termos de concentração, para a reação de formação de NO_2(g) a partir do óxido de nitrogênio (NO_2(g)), sabendo que nas condições de temperatura e pressão em que se encontra o sistema existem as seguintes concentrações dos compostos no equilíbrio.

[NO] = 1,0 mol/L; [O₂]= 1,5 mol/L; [NO₂]= 0,1 mol/L

a) 1,5 mol/L

b) 0,0066 mol/L

c) 0,066 mol/L

d) 0,66 mol/L

e) 6,66 mol/L

Questão 5

(UDESC) Águas duras, são águas que apresentam alta concentração de cátions, principalmente Ca²⁺ e Ba²⁺, que ao reagirem com carbonato e sulfato, formam sais insolúveis.

Com relação às propriedades dos compostos pouco solúveis em equilíbrio com seus íons em solução aquosa, considere a seguinte reação:

Analise as proposições sobre o valor da constante de equilíbrio estimada e de todos os equilíbrios envolvidos.

I- é possível dissolver o carbonato de cálcio sólido borbulhando dióxido de carbono gasoso à solução, pois o valor da constante de equilíbrio torna o processo favorável.

II- Constantes de equilíbrio maiores que 1 tendem a favorecer a posição do equilíbrio para os produtos.

III- Não é possível a dissolução completa do carbonato de cálcio sólido pela passagem de gás carbônico pela solução, como sugerido pelo baixo valor da constante de equilíbrio para a reação.

IV- A adição de bicarbonato de sódio no sistema reacional vai causar um deslocamento do equilíbrio para a direita.

V- A adição de CO_2(g) ao sistema vai causar mais precipitação de carbonato de cálcio.

VI- A remoção do dióxido de carbono dissolvido na solução vai aumentar a solubilidade do carbonato de cálcio.

Assinale a afirmativa correta.

a) somente as afirmativas I e IV são verdadeiras.

b) somente as afirmativas II e III são verdadeiras.

c) somente as afirmativas II e V são verdadeiras.

d) somente as afirmativas III e V são verdadeiras.

e) somente as afirmativas II e VI são verdadeiras.