Atividade 9 – Equilíbrio Químico

Conteúdos e temas: dissolução de ácidos e bases em água; retomada do conceito de Arrhenius; construção empírica da expressão da constante de equilíbrio químico; relação entre o valor da constante de equilíbrio e a extensão de uma transformação química; extensão da dissociação iônica – força de ácidos e de bases.
Competências e habilidades: interpretar e analisar textos e tabelas que utilizam dados referentes à acidez de soluções; relacionar valores de pH com a extensão do processo de dissociação iônica; compreender o significado da constante de equilíbrio e saber aplicá-la na previsão da extensão das transformações.
Estratégias de ensino: discussão desencadeada por perguntas e análise de textos, fluxogramas, tabelas e esquemas.
Recursos: textos, tabelas, questões e esquemas.
Avaliação: respostas às questões e atividades propostas.

 

Como saber as quantidades de produtos e de reagentes que coexistem em equilíbrio QUÍMICO?

EQUILÍBRIO QUÍMICO

O equilíbrio químico é atingido quando, na mistura reacional, as velocidades das reações direta (reagentes formando produtos) e inversa (produtos formando regenerando os reagentes) ficam iguais.

Mas, em primeiro lugar, é importante entender que reação química é um processo onde reagentes se combinam e formam novas substâncias com propriedades diferentes. Algumas reações se processam totalmente, enquanto outras parecem parar antes de estarem completas. Isso tem a ver com a reversibilidade da reação. Em uma reação reversível os reagentes formam os produtos, mas os produtos reagem entre si e regeneram os reagentes.
Por exemplo, a produção da amônia ocorrendo em recipiente fechado, sob pressão e temperatura constantes:

N2 + 3H 2NH3

O processo é dinâmico, ou seja, a reação ocorre nos dois sentidos. Consideremos a reação hipotética entre a mols de A e b mols de B, formando c mols de C e d mols de D:
aA + bB  cC + dD

Inicialmente, observando uma determinada quantidade de A e B e concentrações de C e D nulas. No decorrer da reação, as concentrações de A e B diminuem e de C e D aumentam.  A velocidade da reação inversa, que é nula a princípio, cresce continuamente com o tempo. A velocidade da reação direta diminui e da inversa aumenta, até que atinjam a igualdade. Nesse momento as substâncias A e B se formam na mesma velocidade em que são consumidas. As concentrações de reagentes e produtos não mais se alteram. Este é o instante no qual a mistura reacional atingiu o equilíbrio.

Variação entre velocidade e tempo. No equilíbrio velocidades se igualam. (Foto: Wikicommons)
Variação entre velocidade e tempo. No equilíbrio, velocidades se igualam. (Foto: Wikicommons)

No estado de equilíbrio, mesmo com o sistema aparentando estar parado, as reações diretas e inversas continuam a ocorrer, com velocidades iguais. Por isso as concentrações das substâncias permanecem constantes. Por exemplo, na reação de produção de amônia:

No equilíbrio, as concentrações de produtos e reagentes são constantes (Foto: Wikicommons)
No equilíbrio, as concentrações de produtos e reagentes são constantes (Foto: Wikicommons)

CONSTANTES DE EQUILÍBRIO

Cálculo da constante de equilíbrio Kc

QUÍMICA

O cálculo da constante de equilíbrio Kc é realizado a partir da quantidade de reagentes que restou em equilíbrio e da quantidade de produtos formados.

As reações reversíveis geralmente iniciam com uma quantidade determinada de reagentes. Como a reação direta se inicia, com o passar do tempo, esses reagentes vão sendo consumidos para a formação dos produtos, consequentemente a concentração dos reagentes diminui enquanto a concentração dos produtos aumenta. Então, a reação inversa também começa, produzindo também os reagentes, até que a taxa de desenvolvimento (velocidade) das reações direta e inversa permanece a mesma, atingindo o chamado equilíbrio químico.

No equilíbrio, há a constante de equilíbrio Kc, que é expressa basicamente por:

Kc = [produtos]coeficiente na equação química balanceada
         [reagentes]coeficiente na equação química balanceada

Ou seja, considerando a seguinte reação genérica em equilíbrio:

a A + b B ↔ c C + d D

Tendo que as letras minúsculas são os coeficientes, e as letras maiúsculas são as substâncias, a constante de equilíbrio dessa reação será:

Kc = [C]c . [D]d
          [A]a . [B]b

Mais detalhes sobre isso podem ser vistos no texto Constantes de equilíbrio Kc e Kp. Esse texto mostra-nos também algo importante: que os valores de Kc podem nos mostrar se a concentração dos reagentes e a dos produtos são iguais ou se uma é maior que a outra e, como consequência, se o equilíbrio químico está deslocado para algum sentido da reação.

Então, precisamos determinar o valor de Kc. Para tal, lembre-se de que esses cálculos são experimentais e, por isso, vamos analisar alguns exemplos de reações e os dados obtidos nelas.

Algo que serve muito de ajuda para realizar esses cálculos é escrever uma tabela semelhante à mostrada abaixo e seguir os passos mencionados nela:

Tabela para organizar os dados usados no cálculo da constante de equilíbrio
Tabela para organizar os dados usados no cálculo da constante de equilíbrio

Agora, vamos para a prática:

Exemplo 1:

Em um recipiente fechado, com capacidade de 2 L, em temperatura de 100ºC, há 20 mol de N2O4. Começa a ocorrer a seguinte reação reversível:

N2O4 ↔ NO2.

Após certo tempo, verificou-se que a reação atingiu o equilíbrio químico e que 8 mol de NO2 haviam se formado. Qual é o valor da constante de equilíbrio Kc em temperatura de 100ºC?

Vamos usar a tabela:

Tabela usada para resolver exemplo de cálculo da constante de equilíbrio
Tabela usada para resolver exemplo de cálculo da constante de equilíbrio

Observe que na linha em que foram escritas as quantidades que reagem e que se formam, sabemos que foram gastos 4 mol de N2O4, porque a proporção é de 1 : 2, e que foram formados 8 mol de NO2.

Agora basta substituir os valores encontrados na expressão da constante de equilíbrio Kc dessa reação:

Kc = [NO2]2
[N2O4]

Kc = (4 mol/L) 2
(8 mol/L)

Kc = 2 mol/L

O valor de Kc é adimensional, não possui unidade relacionada à alguma grandeza.

Agora, vejamos um exemplo, que contém também produtos desde o início:

Exemplo 2:

Em um recipiente fechado, com capacidade de 5 L, em temperatura T, há 2 mol de gás hidrogênio, 3 mol de gás iodo e 4 mol de iodeto de hidrogênio . A reação entra em equilíbrio químico, em temperatura T, e verifica-se que há 1 mol de gás hidrogênio no recipiente. Qual é o gráfico que representa esse equilíbrio e qual o valor da constante de equilíbrio Kc em temperatura de T?

Resolução:

Usando tabela:

Tabela usada para determinação da constante de equilíbrio
Tabela usada para determinação da constante de equilíbrio

O gráfico que mostra as variações das concentrações em mol/L dos reagentes e dos produtos até atingirem o equilíbrio pode ser dado por:

Gráfico do equilíbrio químico que mostra as variações das concentrações dos reagentes e dos produtos
Gráfico do equilíbrio químico que mostra as variações das concentrações dos reagentes e dos produtos

Agora descobrimos o valor da constante de equilíbrio:

Kc =__[HI]2__
[H2 ] . [I2]

Kc = (1,2)2
0,2 . 0,4

Kc = 18

Lista de Exercícios
Questão 1

(UFPB) Se 1 mol de H2(g) e 1 mol de I2(g), em um recipiente de 1 litro, atingirem a condição de equilíbrio a 500 ºC, a concentração de HI no equilíbrio será:

Dado: Kc = 49.

a) 2,31.

b) 5,42.

c) 1,56.

d) 3,29.

e) 4,32.

Questão 2

(PUC-RS) Um equilíbrio envolvido na formação da chuva ácida está representado pela equação:

2SO2(g) + O2(g) ↔ 2SO3(g)

Em um recipiente de 1 litro, foram misturados 6 mols de dióxido de enxofre e 5 mols de oxigênio. Depois de algum tempo, o sistema atingiu o equilíbrio; o número de mols de trióxido de enxofre medido foi 4. O valor aproximado da constante de equilíbrio é:

a) 0,53

b) 0,66

c) 0,75

d) 1,33

e) 2,33

EXERCÍCIO

(PUC-RJ 2008) Reações químicas dependem de energia e colisões eficazes que ocorrem entre as moléculas dos reagentes. Em sistema fechado, é de se esperar que o mesmo ocorra entre as moléculas dos produtos em menor ou maior grau até que se atinja o chamado “equilíbrio químico”.

O valor da constante de equilíbrio em função das concentrações das espécies no equilíbrio, em quantidade de matéria, é um dado importante para se avaliar a extensão (rendimento) da reação quando as concentrações não se alteram mais.

Considere a tabela com as quantidades de reagentes e produtos no início e no equilíbrio, na temperatura de 100°C, para a seguinte reação:

Tabela com quantidade de reagentes e produto (Foto: Reprodução)Tabela com quantidade de reagentes e produto (Foto: Reprodução)

A constante de equilíbrio tem o seguinte valor:
a) 0,13
b) 0,27
c) 0,50
d) 1,8
e) 3,0

GABARITO
LETRA B. A CONSTANTE DE EQUILÍBRIO EM FUNÇÃO DAS CONCENTRAÇÕES (K) NÃO DEPENDE DAS CONCENTRAÇÕES INICIAIS, LOGO:
K = 
K = 0,27
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bbraga

Sobre bbraga

Atuo como professor de química, em colégios e cursinhos pré-vestibulares. Ministro aulas de Processos Químicos Industrial, Química Ambiental, Corrosão, Química Geral, Matemática e Física. Escolaridade; Pós Graduação, FUNESP. Licenciatura Plena em Química, UMC. Técnico em Química, Liceu Brás Cubas. Cursos Extracurriculares; Curso Rotativo de química, SENAI. Operador de Processo Químico, SENAI. Curso de Proteção Radiológica, SENAI. Busco ministrar aulas dinâmicas e interativas com a utilização de Experimentos, Tecnologias de informação e Comunicação estreitando cada vez mais a relação do aluno com o cotidiano.

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