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Equilíbrio Químico

Uma reação reversível entra em equilíbrio quando as velocidades das reações direta e inversa se igualam.

Nesse momento, as concentrações (ou quantidades) dos participantes da reação permanecem constantes.

O equilíbrio é dinâmico, pois embora as concentrações permaneçam constantes, microscopicamente a reação não cessa, reagentes formando produtos à mesma velocidade com que os produtos reconstituem os reagentes.

Na reação genérica:

Equilíbrio Químico

Sendo a Constante de Equilíbrio (Kc):

Equilíbrio Químico

[ ] = concentração das substâncias em mol/L, quando é atingido o equilíbrio.

O significado numérico do Kc é importante:

Kc = [Produtos] ÷ [Reagentes]

Kc > 1 o equilíbrio apresenta mais produto do que reagente

Kc < 1 o equilíbrio apresenta mais reagente do que produto.

Cuidado! O Kc é calculado utilizando-se as concentrações molares (mol/L) no equilíbrio. Não esqueça o Volume!

Kc varia com a Temperatura.

O equilíbrio pode ser deslocado segundo
o Princípio de Le Chatelier

Fator Variação Deslocamento para
Temperatura Aumento o lado em que há absorção de calor (Endotérmico).
Diminuição o lado em que há desprendimento de calor (Exotérmico).
Pressão Aumento o lado de menor volume total.
Diminuição o lado de maior volume total.
Concentração Aumento o lado de consumo da substância adicionada.
Diminuição o lado de reposição da substância retirada.
Catalisadores Não há deslocamento Só alteram o tempo para atingi-lo.

Fonte: www.klickeducacao.com.br

Equilíbrio Químico

EQUILÍBRIOS IÔNICO ENVOLVENDO ÁCIDOS E BASES

Antes de iniciar o estudo sobre o equilíbrio envolvendo ácidos e bases é importante saber o que são substâncias ácidas e substâncias básicas assim como o perigo que podem oferecer ao ser humano.

Substâncias ácidas

De acordo com Arrhenius , substâncias ácidas são aquelas que em solução aquosa sofrem ionização liberando íons H+ . Estes íons por sua vez reagem com a água formando o íon h2O+ também chamado de Hidrônio.

HAc = H+ + Ac-

H+ + H2O = h2O+

Substâncias ácidas são consideradas perigosas pelo fato de terem a propriedade de destruir estruturas moleculares assim como dissolver matéria orgânica com muita facilidade dependendo da força e da concentração do ácido. Existem ácidos fortes que em alta concentração conseguem diluir metais bastantes resistentes como o Magnésio por exemplo. Isto ocorre devido à oxidação promovida pelos hidrônios .

Mg(s) + 2H+(aq) = Mg2+(aq) + H2(g)

É extremamente perigoso trabalhar com substâncias ácidas sem o uso de equipamentos de proteção tais como luvas, óculos, avental, etc. Qualquer contato dessas substâncias com qualquer parte do corpo humano causaria queimaduras bastante sérias e danosas.

Como determinar a força do ácido:

A força do ácido é um parâmetro determinado através da sua constante de ionização Ka . Quanto maior o valor Ka , maior a quantidade de íons H+ liberados na solução e como consequencia mais forte é o ácido.

A constante de ionização é um valor semelhante à constante de equilíbrio, portanto varia apenas com a temperatura.

Existem outras técnicas para perceber quando um ácido é forte ou não . Suponha um ácido do tipo HySOx , se o valor x-y for maior ou igual a 2 , o ácido pode ser considerado forte.

Observação: No lugar do átomo S poderia estar outro átomo.

Além dessa técnica , se o ácido for do tipo HX onde X é um átomo qualquer da família dos halogênios, o ácido também é considerado forte.

O valor da constante de ionização Ka é obtido da mesma forma que se obtém a constante de equilíbrio em uma solução aquosa :

HCl = H+ + Cl-

Substâncias básicas

Ainda conforme Arrhenius , substâncias básicas são aquelas que em solução aquosa liberam o íon OH- chamado hidroxila.

BOH = B+ + OH-

Substâncias básicas também são consideradas perigosas assim como os ácidos e requerem cuidados tais como o uso dos mesmos equipamentos de proteção e evitar contato com partes do corpo. Estas precauções são necessárias porque substâncias básicas também causam queimaduras graves.

Ao contrário dos ácidos , as bases liberam hidroxilas OH- que são responsáveis pela redução das outras espécies químicas que estão em contato.

NH2OH = NH2+ + OH-

Assim como os ácidos são classificados em fortes ou fracos, as bases também podem ser classificadas em bases fortes ou fracas. Esta classificação é análoga aos ácidos , pois uma base forte é aquela que possui uma constante de dissociação alta.

A constante de dissociação Kb também é obtida de forma semelhante à constante de equilíbrio para soluções aquosas:

NH2OH = NH2+ + OH-

Algumas bases formadas por elementos pertencentes às famílias dos metais alcalinos e metais alcalinos terrosos são consideradas fortes.

Substâncias anfipróticas são aquelas consideradas ácidas e básicas ao mesmo tempo.

A caracterização de soluções ácidas ou básicas: pH e pOH.

Por conveniência, a concentração do íon Hidrogênio é expressa sempre na forma de pH. Este termo foi introduzido por um químico dinamarquês chamado Sorensen em 1909. A letra "p" significa potenz , palavra do vocabulário alemão que significa potência.

A relação entre a concentração de íons Hidrogênio e o valor pH é definido pela equação:

pH = - log[H+]

Da mesma forma podemos utilizar essa terminologia para caracterizar a concentração de íons OH- em uma solução básica:

pOH = - log[OH-]

Ou uma solução qualquer:

pK = - log K

Todos os logarítnos citados acima estão na base 10 e K pode ser qualquer valor de constante de equilíbrio.

A relação entre os valores de pH e pOH é definida como:

pH + pOH = 14

Isso ocorre porque à 25o C o produto iônico da água é 10-14

H2O = H+ + OH-

Portanto o produto das concentrações dos íons H+ e OH- deve ser 10-14

Utilizando as propriedades dos logarítmos:

[H+].[ OH-] = 10-14

log [H+].[ OH-] = log 10-14

log [H+] + log [OH-] = -14

- log [H+] - log [OH-] = 14

pH + pOH = 14

Indicadores

Existem alguns ácidos fracos que possuem uma certa cor quando estão em sua forma molecular e uma cor diferente quando estão na forma ionizada. Isso pode ser muito útil, pois dependendo da cor da solução podemos saber se o ácido está ionizado ou não.

Mais do que isso, podemos saber a concentração do íon Hidrogênio na solução. Por isso dizemos que esses ácidos fracos são indicadores da concentração do íon Hidrogênio. Podemos chamar essas substâncias de Indicadores.

Ao aplicar o princípio de Le Chatelier, sabemos que aumentando a concentração do íon Hidrogênio o indicador (ácido fraco) assume a forma molecular (não-ionizada).

Por outro lado, se a concentração do íon Hidrogênio diminuir o indicador assume a forma ionizada.

Assim como os ácidos se ionizam de acordo com sua constante de equilíbrio, os indicadores também possuem a constante de equilíbrio:

Através dessa equação podemos calcular a concentração mínima de íons Hidrogênio para surgir a cor "A" na solução. A partir disso podemos também calcular o pH dessa situação. Geralmente as substâncias indicadores são utilizadas para identificar substâncias ácidas ou básicas. A cor do indicador varia de acordo com o pH da solução.

Indicador Meio Básico Meio Ácido

Tornassol
Azul Vermelho

Fenolftaleína
Incolor Vermelho
Metil Orange vermelho Amarelo

Soluções Tampão

Uma solução tampão, solução tamponada ou simplesmente tampão é aquela solução capaz de manter aproximadamente constante o valor do seu pH quando é adicionado à ela um ácido ou base. Podemos dizer que a concentração do íon Hidrogênio não sofre grandes alterações devido à adição de substâncias ácidas ou básicas.

A solução tampão pode ser constituída de um ácido fraco e seu respectivo sal ou uma base fraca e seu respectivo sal.

A importância das soluções tampão não estão apenas associadas ao uso nos laboratórios de pesquisa. A natureza também utiliza soluções tampão em diversos lugares. Um exemplo de solução tampão é o plasma sanguíneo dos seres humanos.

A nossa corrente sanguínea deve ter um pH apropriado para a respiração acontecer. Se o sangue não fosse uma solução tamponada, ninguém sobreviveria após ingerir molho de tomate, suco de maracujá ou mesmo refrigerante. Esses alimentos são ácidos e alteram o pH do sangue. Se não existisse solução tampão a respiração não continuaria acontecendo e o corpo humano poderia ser levado à morte.

O pH sanguíneo deve ser 7,4 para a respiração ocorrer. Qualquer alteração no valor desse pH é rapidamente compensado pelo tampão presente na circulação sanguínea para que a respiração continue acontecendo.

No caso do tampão presente na circulação sanguínea, o ácido fraco envolvido e o sal são o ácido carbônico e o bicarbonato.

No caso de excesso do íon H+ o seguinte equilíbrio é deslocado para a esquerda:

H2CO3 = H+ + HCO3-

No caso de excesso do íon OH-, o seguinte equilíbrio é deslocado para a direita:

OH- + H2CO3 = H2O + HCO3-

Dessa forma, a concentração do íon Hidrogênio é mantida constante (pH = 7,4) e com isso é possível ocorrer a respiração.

DESLOCAMENTO

A partir do momento em que uma reação quimica está ocorrendo tanto no seu sentido direto como no sentido inverso com velocidades iguais, caracterizando o estado de equilibrio, podemos esperar que esse estado de equilíbrio seja vulnerável a alguns fatores como temperatura, concentração e pressão. Se a velocidade de uma das duas reações (reação direta ou inversa) for alterada, o equilíbrio será desbalanceado devido à diferença entre as velocidades das reações direta e inversa. Chama-se esse desbalanceamento do equilíbrio de deslocamento do equilíbrio.

Qualquer deslocamento de equilibrio gera aumento ou queda nas concentrações das espécies químicas presentes, por exemplo:

2SO2(g) + O2(g) = 2SO3(g)

Se o equilíbrio sofrer deslocamento e a concentração da espécie SO3(g) aumentar, então o equilíbrio foi deslocado para a direita. (porque SO3(g) está à direita do sinal igual ( = ).

No entanto, se ocorrer o contrário e a concentração das espécies SO2(g) e O2(g) aumentarem, o equilíbrio foi deslocado para a esquerda. (porque essas espécies estão à esquerda da dupla seta D ).

Por outro lado, se não for notado qualquer variação nas concentrações das espécies, não houve deslocamento de equilíbrio.

Exemplo:

A seguinte reação encontrava-se em equilíbrio:

2 NO2 = N2O4

A temperatura foi elevada e a concentração de N2O4 aumentou !

Como a espécie N2O4 está à direita da dupla seta, a reação foi deslocada para a direita.

(não é sempre que o aumento da temperatura causa esse efeito, apenas em alguns casos)

Mudanças na concentração

A situação de equilíbrio existente em um sistema químico depende sempre da igualdade de velocidades das duas reações: a direta e a inversa.

Quando uma dessas reações ocorre com maior velocidade em relação a outra, seus produtos adquirem maior concentração pois passam a ser produzidos mais rápidamente do que a reação inversa pode consumi-los.

A + B à C + D

V = K[A].[B]

Devemos lembrar de que a velocidade de uma reação depende sempre de seus reagentes.

Dessa forma, se forem adicionadas quantidades extras de reagentes A e B, a velocidade da reação aumenta.

Com isso uma maior quantidade dos produtos C e D serão formados.

Se a reação inversa estiver ocorrendo:

C + D à A + B

Da mesma forma, a sua velocidade depende das concentrações dos reagentes C e D. Assim, se forem adicionadas quantidades extras das espécies C e D a velocidade desta reação aumenta produzindo maiores quantidades de produtos A e B.

Portanto, se tivermos o equilíbrio:

A + B = C + D

O que aconteceria ao adicionar quantidades extras das espécies A e B ?

O que aconteceria ao adicionar quantidades extras das espécies C e D ?

Devemos ter em mente que a velocidade de uma reação depende das concentrações dos reagentes.

Partindo da situação de equilíbrio, ao adicionar quantidades extras das espécies A e B, as concentrações dessas espécies aumentariam. A velocidade da reação que transforma A e B em C e D aumentaria também e assim as concentrações de C e D aumentariam. Portanto o equilíbrio seria deslocado para a direita.

Seguindo o mesmo raciocínio, tendo uma situação inicial de equilíbrio, ao adicionar quantidades extras das espécies C e D, as concentrações dessas espécies aumentariam e com isso a velocidade da reação inversa (C + D à A + B) aumentaria também. Dessa forma uma quantidade maior dos produtos A e B seriam produzidos aumentando suas concentrações. Assim o equilíbrio seria deslocado para a esquerda.

Exemplo 1

Inicialmente temos o seguinte equilíbrio:

H2CO3 = H+ + HCO3-

Ao adicionar H2CO3 o equilíbrio será deslocado para a direita pois a produção de H+ e HCO3- será maior.

Exemplo 2

Inicialmente temos o seguinte equilíbrio:

A + B = C + D

O que acontece ao adicionar quantidade extra apenas da espécie C ?

Qual das reações terá sua velocidade aumentada ? a direta ou a inversa ?

O raciocínio envolvido no equilíbrio químico é bastante desenvolvido ao responder essas questões.

Adicionando-se a espécie C a velocidade da reação inversa aumenta:

C + D à A + B

V = K[C].[D]

Assim o equilíbrio será deslocado para a esquerda (no sentido de aumentar as concentrações das espécies A e B).

E a concentração da espécie D ? aumenta, diminui ou permanece constante ?

Sabemos que as concentrações das espécies A e B aumentam porque o equilíbrio foi deslocado para a esquerda. A concentração da espécie C aumentou pois foi a espécie de que adicionamos quantidades extras, mas e a concentração da espécie D ?

A concentração da espécie D diminui !

Quando adicionamos a espécie C parte da concentração da espécie D reagiu com a espécie C que foi adicionada produzindo A e B. Dessa forma, a concentração da espécie D restante é menor que a inicial.

Seguindo esse raciocínio é possível resolver qualquer problema relacionado a equilíbrio químico envolvendo alterações nas concentrações das espécies envolvidas.

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