Equilibrio, cinetica e termoquimica

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EQUILÍBRIO QUÍMICO

“Em princípio todas as reações químicas são reversíveis”. “Reações químicas são dinâmicas”. “Sistema em equilíbrio – velocidade da reação direta é igual a velocidade da reação inversa”. Ca2+(aq) + 2HCO3-(aq) CaCO3(s) + CO2(l) + H2O(l)

Ca2+(aq) + 2HCO3-(aq)

CaCO3(s) + CO2(l) + H2O(l)

A medida que a reação prossegue, são reduzidas as concentrações de H2(g) e I2(g),diminuindo a velocidade da reação 1. Por outro lado, a concentração de HI vai aumentando gradativamente, aumentando também a velocidade da reação 2.

Lei do Equilíbrio Químico – Expressão da Lei da Ação das Massas
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) Q = [NH3]2 [N2][H2]3

Tempo t0 t1 t2 t3 t4 t5

[N2] 1,000 0,874 0,814 0,786 0,781 0,781

[H2] 1,000 0,622 0,442 0,358 0,343 0,343

[NH3] 0 0,2520,372 0,428 0,438 0,438

Q 0 0,302 1,970 5,080 6,090 6,090

O Quociente de Reação e a Constante de Equilíbrio
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) Q = [NH3]2 [N2][H2]3 K = [NH3]2 [N2][H2]3

No equilíbrio Q = K

Dada a equação abaixo: H2(g) + I2(g) 2HI(g)

Suponha que as concentrações de H2 e I2 no frasco sejam ambas inicialmente 0,0175 M a 425°C. Com o passar do tempo as conc. dos reagentes irãodiminuir e a conc. do produto irá aumentar e o estado de equilíbrio será por fim atingido.
Equação Início Variação Equilíbrio H2(g) + 0,0175 -0,0138 0,0037 I2(g) 0,0175 -0,0138 0,0037 2HI(g) 0 2(0,0138) 0,0276

Q = [HI]2 [H2][I2]

(0,0276)2 → Q = 55,64 (0,0037)(0,0037)

Comparando Q com K:
Magnitude relativa Q K Q=K Q>K Direção da reação Reagentes → Produtos Reação em equilíbrio Produtos →Reagentes

Q K → O sistema não está em equilíbrio e parte dos reagentes será convertida em produto Q = K → O sistema estará em equilíbrio Q > K → O sistema não está em equilíbrio e parte dos produtos será convertido em reagentes

N2(g) + 3H2(g)

2NH3(g)

Q = [NH3]2 [N2][H2]3 K = [NH3]2 [N2][H2]3

O dióxido de nitrogênio, NO2, um gás castanho, pode formar o gás incolor N2O4. K = 171 a298K 2NO2(g) N2O4(g) Suponha que a concentração de NO2 seja 0,015 M e que a concentração do N2O4 seja 0,025 M. Q é maior, menor ou igual a K? Q = [N2O4] → 0,025 / (0,015)2 → Q = 110 ↔ Q [NO2]2

K

A reação não entrou em equilíbrio para tal é necessário que mais equilíbrio, reagentes se transformem em produtos, ou seja, é necessário que haja mais conversão de NO2 em N2O4, aumentando assim a NO2[N2O4] e diminuindo [NO2] até que Q=K.

O equilíbrio é dinâmico! Não se observa nenhuma mudança macroscópica!

Determinação de K
Considere a oxidação do dióxido de enxofre: 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)

Em um experimento realizado a 852 K, determinou-se que as concentrações no equilíbrio são: [SO2] = 3,61 x 10-3 M; [O2] = 6,11 x 10-4 M e [SO3] = 1,01 x 10-2 M. Substituindo os dados na expressãoda constante de equilíbrio, determinamos que K tem um valor alto, indicando que o processo oxidativo é produto-favorecido.

K = [SO3]2 → [SO2]2[O2]

(1,01 x 10-2)2 → K = 1,28 x 104 (3,61 x 10-3)2(6,11 x 10-4)

K > 1 = reação produto-favorecida = equilíbrio deslocado para a direita K 1 = reação reagente-favorecida = equilíbrio deslocado para a esquerda

E se for dada a concentração inicialdos reagentes e não a concentração no equilíbrio? 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)

☺ Suponha que 1 mol de SO2 e 1 mol de O2 sejam colocados em um frasco de 1 L (1000 K). Quando o equilíbrio é atingido, forma-se 0,925 mol de SO3. Qual será a constante de equilíbrio a 1000 K para essa oxidação?
Equação Inicial Variação Equilíbrio 2SO2(g) + 1 -0,925 0,075 O2(g) 1 -0,925/2 0,537 2SO3(g) 0 +0,925 0,925K = [SO3]2 → [SO2]2[O2]

(0,925)2 (0,075)2(0,537)

→ K = 2,8 x 102

2SO2(g) + O2(g) Temperatura (K) 852 1000

2SO3(g) Valor de K 1,28 x 104 2,8 x 102

☺A constante de equilíbrio varia com a temperatura; ☺ Na oxidação do SO2 quanto maior a temperatura, menor é a concentração de SO3 no equilíbrio; ☺ A reação direta é exotérmica, ou seja, possui ΔH temperaturas. 0, pois seu K é maior em...
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