Equilibrio quimico

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  • Publicado : 4 de abril de 2013
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Introdução
Neste trabalho será mostrado como surgiu o equilibrio quimico utilizado na indústria, da onde surgiu esta ideia e mostrará os diferentes principios de Le Chateliar neste contexto.

Equilíbrio químico
Uma das razões por que o rendimento de uma reacção química é inferior a 100% é a reacção ser incompleta. Isto é, terminar sem que nenhum reagente se tenha esgotado; por outraspalavras, termina havendo ainda quantidades mensuráveis de todos os reagentes. Este problema foi especialmente levantado pelos industriais, na segunda metade do século XIX, interessados em aumentar a taxa de conversão de minério de ferro em ferro metálico, através da reacção fundamental da indústria siderúrgica: Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 . Intrigava ficar óxido de ferro por transformar, ao mesmo tempohavendo CO por reagir e lançado fora pelas altas chaminés dos fornos siderúrgicos.
A compreensão destes factos e a maneira de se aumentar a taxa de conversão de um reagente deve muito ao trabalho pioneiro do químico francês Henri de Le Chatelier.
Considere a seguinte reacção:   CO2 (g) + H2 (g) CO(g) + H2O(g)
          Suponha que certa quantidade de CO2 e H2 estão contidas em um recipientehermeticamente fechado e que dispomos de um instrumento que nos permita acompanhar o desenvolvimento da reacção. Após o início da reacção, percebemos que as concentrações dos reagentes (CO2 e H2) diminuem e que as dos produtos (CO e H2O) aumentam. (Todas essas concentrações aumentam e diminuem na mesma proporção, já que a relação estequiométrica de todas as substâncias envolvidas, em razão mol pormol, é de 1:1). O seguinte gráfico representa a evolução dessa reacção no tempo:

          Considerando que a reacção se inicia no instante t0, as concentrações dos reagentes diminuíram e as dos produtos aumentaram. As variações de concentração vão se tornando menos acentuadas desde o início da reacção até o instante t3, em que o equilíbrio foi atingido. Isso significa que a velocidade com que osreagentes se transformam em produtos diminui com o passar do tempo. No tempo t0 somente pode ocorrer a reacção no sentido da formação dos produtos: A + B C + D (reacção directa). Entretanto, após certo tempo, quando significativa quantidade de produto já foi formada, pode se iniciar a reacção no sentido contrário, ou seja, de se regenerar os reagentes: C + D A + B (reacção inversa). A velocidadeda reacção direta diminui com o tempo, devido ao decréscimo de reagentes (menor número de choques eficazes). Ao mesmo tempo, a velocidade da reacção inversa aumenta, por causa do aumento da concentração dos produtos.
quando significativa quantidade de produto já foi formada, pode se iniciar a reacção no sentido contrário, ou seja, de se regenerar os reagentes: C + D A + B (reacção inversa). Avelocidade da reacção direta diminui com o tempo, devido ao decréscimo de reagentes (menor número de choques eficazes). Ao mesmo tempo, a velocidade da reacção inversa aumenta, por causa do aumento da concentração dos produtos.
Finalmente, em t3, a velocidade da reacção directa e a da reacção inversa igualam-se. A partir daí não há mais variação das concentrações de reagentes e produtos, uma vez queestes são formados e consumidos em velocidades iguais:
CO2 (g) + H2 (g) CO(g) + H2O(g)
A constante de equilíbrio
          Consideremos a seguinte reacção genérica:
aA + bB cC + dD
         
Ke =
Ke é a constante de equilíbrio, e seu valor só é constante a uma determinada temperatura. Variando-se a temperatura, o valor da constante se altera. Apartir do valor de Ke, pode-se ter uma ideia do rendimento de uma reacção: um valor grande de Ke indica um alto rendimento, já que, pela definição, Ke é a relação entre as concentrações dos produtos e as concentrações dos reagentes; logo, quanto maior o valor de Ke maior deverá ser o valor do numerador (produtos) em relação ao denominador (reagentes). Isto significa que a quantidade dos produtos...
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