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Equilíbrio Químico

Equilíbrio químico é um "fenômeno" muito comum, que sempre ocorre nas mais diversas situações. Por isso seu estudo é importante compreensão de muitas coisas que acontecem.

A partir do momento em que o homem descobriu o equilíbrio químico e conseguiu entendê-lo, muitos fenômenos puderam ser explicados e, em alguns casos, até controlados para beneficiar a sociedade humana.

Antes de iniciar o desenvolvimento do conteúdo explicativo sobre equilíbrio químico, é bastante válido citar alguns exemplos ilustrativos para demostrar que não se trata apenas de mais um tópico de estudo teórico. Isto irá auxiliar o entendimento de alguns fenômenos que ocorrem no planeta e também deixará mais claro o assunto abordado, tentando justificar a importância de estudá-lo.

As figuras mostram um ambiente aquático com a presença de corais.

Equilíbrio Químico

Os corais desempenham funções importantes no ecossistema tais como substrato para algumas espécies e habitat para outras. Quimicamente são considerados um sólido composto por carbonato de cálcio (CaCO3).

Equilíbrio Químico

É curioso que o corais só existem em ambientes aquáticos onde a temperatura da água é relativamente alta, tais como no litoral do nordeste brasileiro. Por que os corais não ocorrem em mares de águas frias? Trata-se de uma questão de equilíbrio químico !!!

Mas não pára por aí,

A atmosfera da terra é formada por oxigênio (O2), gás carbônico (CO2), nitrogênio (N2) e argônio (Ar), além de outros gases .

Equilíbrio Químico

Em altitudes elevadas, o ozônio (O3) é um dos componentes da atmosfera do nosso planeta. Este gás forma uma espécie de filtro que impede a entrada de raios ultravioleta (UV) para o ambiente terrestre. O ozônio é um gás tóxico mas importante à vida pois nos protege dos raios ultra-violeta.

Recentemente, o mundo foi alarmado pelo aparecimento e crescimento de buracos na camada de ozônio permitindo a entrada de radiação UV. Os raios UV são emitidos pelo Sol e causam efeitos nocivos, que podem causar o Câncer de pele nas pessoas .

Em elevadas altitudes, ocorre o equilíbrio químico entre os gases oxigênio e ozônio :

O2 + O = O3

Para manter esse equilíbrio, que é uma situação dinâmica, há consumo de energia. Isto acaba impedindo que radiações energéticas cheguem até a superfície do planeta. Como essas radiações são prejudiciais à saúde, é muito importante que esse equilíbrio seja mantido.

Um outro exemplo:

A imagem abaixo representa um modelo da fórmula estrutural da água:

Equilíbrio Químico

A água é um líquido incolor e inodoro que é essencial à vida. Quase todo mundo conhece sua fórmula H2O. E quase todo mundo também já ouviu falar de H+e OH-.

Quando bebemos um copo de água, só pensamos no líquido incolor que todos os químicos com razão afirmam ser H2O. Mas estamos engolindo H+ e OH-

O que não podemos observar é a situação dinâmica que envolve todas as espécies químicas presentes neste líquido. Isto pode ser representado pela equação abaixo.

Trata-se de um equilíbrio químico, situação na qual todas as espécies envolvidas coexistem em diferentes concentrações.

H2O = H+ + OH-

INTRODUÇÃO TEÓRICA

O princípio necessário para exisitir equilíbrio químico em uma solução é a reversibilidade da reação envolvida. Isto é, a reação ocorre tanto no seu sentido direto como no inverso.

Continuando com o exemplo da água:

Reação de ionização da água - Reação direta:

H2O      à    H+ +  OH-

Reação inversa:

H+  +  OH à  H2O

Por convenção, o equilíbrio pode ser representado com o símbolo de igualdade, como em qualquer equação de reação química.

H2O         =         H+        +        OH-

Em uma situação de equilíbrio químico, as velocidades das reações direta e inversa são equivalentes. Como consequência, as concentrações de reagentes e produtos permanecerem constantes após um determinado intervalo de tempo que pode ser curto ou não.

Uma vez representando o equilíbrio químico através do sinal igual ( = ), isso indica que temos duas reações ocorrendo ao mesmo tempo. Chamamos de reação direta aquela que acontece no sentido da produção de produtos.(Lembre-se de que os produtos da reação de ionização da água são os íons H+ + OH-)

A outra reação, denominada reação inversa é aquela que ocorre no sentido da produção de reagentes.

Ao analisarmos a cinética do equilíbrio químico, podemos verificar a igualdade entre a velocidade da reação direta e a velocidade da reação inversa. Ao mesmo tempo que 1 mol da espécie H2O é consumido na produção de H+ + OH- pela reação direta , 1 mol da mesma espécie H2O é produzido pela reação inversa.

Com isso a concentração de H2O permanece constante.

Uma outra espécie que pode servir como exemplo é o cloreto de prata (AgCl).

AgCl(s)         =         Ag+        +        Cl-

Em uma solução de AgCl temos as duas reações ocorrendo ao mesmo tempo , uma produzindo íons Ag+ + Cl- e outra inversa produzindo o sal AgCl(s).

Equilíbrio Químico

Faz de conta que a bolinha azul é o íon Cl- e a bolinha branca é o íon Ag+ . As duas bolinhas juntas formam o composto AgCl(s) .

A quantidade de AgCl(s) é sempre a mesma, assim como as quantidades dos íons. Tente observar !

Com isso, as concentrações das espécies são constantes nesta situação, o que evidencia o equilíbrio químico.

Constante de equilíbrio

O valor da constante de equilíbrio é obtido a partir das concentrações das espécies químicas presentes na solução quando o sistema está em equilíbrio.

A constante de equilíbrio foi deduzida a partir das velocidades das reações direta e inversa.

Recordando que para uma reação qualquer do tipo:

aA        +        bB        =         cC        +        dD

A velocidade da reação é dada por:

V = k.[A]a.[B]b

É importante lembrar que a água e espécies sólidas não são consideradas e apenas os reagentes participam da equação de velocidade. A velocidade depende exclusivamente dos reagentes e não dos produtos.

Vamos utilizar o exemplo da ionização do AgCl:

AgCl(S)        à         Ag+        +        Cl-

Para esta reação , V = k

Como AgCl é um sólido, não participa da equação de velocidade.

No entanto, para a reação inversa:

Ag+        +        Cl-        à         AgCl(S)

A velocidade é dada por V = k[Ag+][Cl-]

A constante de equilíbrio, também chamada de Ke, é obtida pela divisão da velocidade da reação inversa pela velocidade da reação direta.

Equilíbrio Químico

Uma maneira mais simples de obter a equação da Ke para a reação:

AgCl(S)        =         Ag+        +        Cl-

É calcular o quociente dos produtos pelos reagentes excluindo espécies sólidas e a água. O resultado é o mesmo.

Ke = [Ag+][Cl-]

Devemos lembrar que estas concentrações são aquelas obtidas durante o equilíbrio químico, ou seja, são constantes.

A partir disso podemos elaborar uma regra geral para obtermos a equação da constante de equilíbrio:

Para qualquer equação do tipo:

aA + bB = cC + dD

A constante de equilíbrio pode ser obtida por:

E a espécie que for sólida ou H2O não é considerada.

Equilíbrio Químico

A unidade da constante de equilíbrio é geralmente expressa em (mol/L)x onde x é o resultado aritmético da expressão das letras minúsculas (c+d-a-b).

Tendo em mente o que significa a constante de equilíbrio (razão entre concentração de produtos e reagentes) podemos entender algumas de suas finalidades.

Um exemplo clássico é analisar uma dada reação como por exemplo:

A equilíbrio químico representado abaixo ocorre nos pulmões de pessoas fumantes.

Hm.Co + O2 = Hm.O2 + CO

O valor da constante desse equilíbrio é dado por:

Equilíbrio Químico

O símbolo Hm representa a Hemoglobina, substância responsável pelo transporte de Oxigênio no organismo. A partir destas informações , a que conclusão poderíamos chegar ?

A resposta é a seguinte: Se tivéssemos um sistema formado por Hemoglobina , Oxigênio e monóxido de Carbono, após algum tempo o equilíbrio seria alcançado (as concentrações permaneceriam constantes) e a quantidade de Hm.CO e O2 seria 210 vezes maior que a quantidade de HmO2 e CO.

A capacidade de respiração é proporcional à quantidade de Hm.O2. Essa constante de equilíbrio mostra qua a concentração de Hm.O2 é muito pequena em relação à concentração de Hm.CO. Com isso o fumante tem respiração deficiente.

Fumar á prejudicial à saúde devido à formação de Hm.CO(aq) no organismo, o que dificulta o processo respiratório. Cada molécula de monóxido de Carbono (CO) que entra no organismo do fumante corresponde a uma molécula de Oxigênio a menos que ele não conseguirá mais respirar durante 1 mês ou mais.

Fonte: proquimica.iqm.unicamp.br

Equilíbrio Químico

Equilíbrio Químico

Conceitos Gerais

Objetivo: saber que a reação caminha somente até certo ponto, determinar esse ponto e seus fatores determinantes e conhecer as maneiras de alterar o fenômeno.

Muitas reações químicas se processam até atingir um equilíbrio num certo ponto (ou seja, até se estabilizarem).

Reação reversível: Reação que se processa simultaneamente nos dois sentidos. Usa-se o símbolo Equilíbrio Químico; A reação que vai da esquerda para a direita é chamada de reação direta, e a que caminha no sentido contrário, reação inversa.

Equilíbrio químico: Uma reação atinge o equilíbrio (ou seja, pára) quando a velocidade da reação direta e da inversa se igualam. Toda reação reversível chega a um equilíbrio, ou seja, uma reação reversível nunca será completa.

Exemplo: A + C Equilíbrio Químico C + D.

Velocidade da reação direta: vi = k1[A][B].

Essa velocidade é máxima no início da reação, mas com o tempo vai diminuindo, pois os reagentes vão sendo consumidos.

A velocidade da reação inversa (v2 = k2[C][D]), ao contrário, é nula no início da reação, visto que C e D ainda não foram formados nesse tempo; essa velocidade vai crescendo a medida em que C e D vão sendo formados.

Equilíbrio Químico

Após um certo tempo (marcado com um traço), as duas velocidades se igualam, dizemos que foi atingido o equilíbrio químico.

A partir desse instante, as reações continuam se processando, por isso dizemos que há equilíbrio dinâmico.

As quantidades de moléculas gastas na reação direta são refeitas pela reação inversa, e vice-versa; desse modo as quantidades de A, B, C e D permanecem inalteradas indefinidamente (desde que não mudem as condições do sistema – p.ex. aumento de pressão ou temperatura); por isso, o equilíbrio é denominado também estado estacionário.

Para medir o equilíbrio existem duas grandezas importantes: o grau de equilíbrio e a constante de equilíbrio.

Grau de Equilíbrio

Chama-se grau de equilíbrio (a) de uma reação, em relação a um determinado reagente, o quociente entre a quantidade de mols desse reagente que realmente reagem até o equilíbrio e a quantidade inicial de mols desse mesmo reagente que foi posta em reação.

Traduzindo: a = (quantidade de mols que reage)/(quantidade inicial de mols).

Exemplo: Suponha que na reação A + B Equilíbrio Químico C + D haja, de início, 100 mols de A. Se, ao chegarmos ao equilíbrio, ainda houver 20 mols de A sem reagir, isso indica que reagiram 80 mols de A; portanto, o grau de equilíbrio em relação a A é: a = 80/100; a = 0,8. É comum expressar a em porcentagem. Assim, teríamos a = 80%. a está compreendido entre 0 e 1 ou 0% e 100%.

Quanto maior for a, mais terá caminhado a reação até chegar ao equilíbrio, ou seja, no equilíbrio teremos pouca quantidade dos reagentes A e B e grande quantidade dos produtos C e D (é uma reação de alto rendimento). Ao contrário, se a for próximo de 0, indica que a reação nem bem começou e já atingiu o equilíbrio (reação de baixo rendimento).

Constante de Equilíbrio

Vimos anteriormente que, dada a reação A + B Equilíbrio Químico C + D, temos

Para a reação direta: v1 = k1[A][B]

Para a reação inversa: v2 = k2[C][D]

Como, no equilíbrio, temos v1 = v2, teremos k1[A][B] = k2[C][D], ou:

Equilíbrio Químico

Considerando que k1 e k2 são constantes, podemos concluir que o quociente k1/k2 também é constante. A ele chamamos de Constante de Equilíbrio e representamos por Kc, constante de equilíbrio em termos de concentrações molares, já que [A], [B], [C] e [D] representam as molaridades das substâncias envolvidas.

Para sistemas GASOSOS em equilíbrio químico, alem de Kc, podemos trabalhar com a constante de equilíbrio em termos de pressões parciais (Kp)

As expressões de Kc e Kp valem somente para – no caso de Kc, líquidos e gases, e – em Kp, apenas gases.

Fonte: www.geocities.com

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