1. EQUILÍBRIO QUÍMICO
SQM 0405 – Química Geral e Experimental: Teórica e Prática
Amanda Ribeiro Guimarães
amandaiqsc@iqsc.usp.br
quimicageralemais.blogspot.com.br
2. PRINCIPAIS TÓPICOS
Noções de equilíbrio químico
Constante de equilíbrio
Equilíbrio iônico em solução aquosa
Equilíbrio ácido-base
Solução tampão
3. REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO
Mahan, Bruce M. Química: um curso
universitário. Bruce M. Mahan, Rollie J. Myers;
coordenador Henrique Eisi Toma; tradução de
Koiti Araki, Denise de Oliveira Silva, Flávio
Massao Matsumoto. São Paulo: Edgard Blücher,
2003.
Atkins, Peter. Princípios de química:
questionando a vida moderna e o meio
ambiente. Peter Atkins, Loretta Jones; tradução
Ricardo Bicca de Alencastro. Porto Alegre:
Bookman, 2006.
4. A produção de alimentos
cairia desastrosamente
em razão da falta de
fertilizantes
nitrogenados!!!!
1898
Sir William Ramsay
Fabricação de
Fertilizantes
Fabricação de
explosivos
Jazidas do Chile
5. A resposta está
no Equilíbrio
Químico!!!
Fritz Haber (1868 – 1934)
𝑁2(𝑔) + 3𝐻2(𝑔) → 2𝑁𝐻3(𝑔)
6. Reversibilidade das Reações
aA+bB cC+dD
Reação direta
reagentes
produtos
bB
aA
aA e bB serão consumidos
bB
cC
dD
cC e dD serão formados
Reação Inversa
• Mesma velocidade
• A composição da mistura
é constante
7. CaCO3 (s) ⇄CaO (s) + CO2 (g)
CaCO3
(s)
CO2
CaO
(s)
CO2
↓
↓
↓
CO2
CO2
840 °C
8. A CONSTANTE DE EQUILÍBRIO
2𝑆𝑂2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) ⇄ 2𝑆𝑂3(𝑔)
𝐾 =
(𝑃𝑆𝑂3/ 𝑃°)
(𝑃𝑆𝑂2
/𝑃°)2(𝑃𝑂2
/𝑃°)
Dados de Equilíbrio e Constante de Equilíbrio da
Reação
𝑃𝑆𝑂2
(bar) 𝑃𝑂2
(bar) 𝑃𝑆𝑂3
(𝑏𝑎𝑟) 𝑃(𝑏𝑎𝑟) K
A 5,49x10−2
3,24x10−2
2,21x10−4
8,75x10−2
5,00x10−4
B 3,16x10−3 1,83x10−2 9,49x10−6 2,15x10−2 4,93x10−4
C 9,15x10−3
9,15x10−3
1,96x10−5 1,83x10−2
5,02x10−4
K médio= 4,95x10−4
9. CONSTANTE DE EQUILÍBRIO
aA + bB ⇌ cC + dD
𝐾 =
𝐶 𝑐 𝐷 𝑑
𝐴 𝑎 𝐵 𝑏
DEPENDENTE DA TEMPERATURA
• Concentração molar se a
espécie for um soluto
dissolvido.
• Pressão parcial se a espécie
for um gás.
PRODUTOS
REAGENTES
10. QUOCIENTE DE REAÇÃO Q
H2 (g) + I2 (g) ⇌ 2HI (g) 𝑄 =
𝑃 𝐻𝐼
2
𝑃 𝐻2
𝑃𝐼2
• Q assume qualquer valor dependendo da mistura de HI,
H2 e I2.
• Quando o equilíbrio é atingido, existirá um único valor de
Q – dependente da temperatura
11. QUOCIENTE DE REAÇÃO Q
aA + bB ⇌ cC + dD
𝑄 =
𝐶 𝑐 𝐷 𝑑
𝐴 𝑎 𝐵 𝑏
O sistema estará em equilíbrio
Reagentes em excesso em relação
ao equilíbrio – Reação prosseguirá
até o equilíbrio da esquerda para a
direita
Produtos em excesso em relação ao
equilíbrio – Reação prosseguirá até
o equilíbrio da direita para a
esquerda
13. CONSTANTE DE EQUILÍBRIO
aA + bB ⇌ cC + dD
𝐾 =
𝐶 𝑐 𝐷 𝑑
𝐴 𝑎 𝐵 𝑏
Não aparecem na
expressão da
constante de
equilíbrio:
• Líquido puro
• Sólido puro
• Solvente
presente em
excesso
14. CONSTANTE DE EQUILÍBRIO
Cu2+ (aq) + Zn (s) ⇌ Cu (s) + Zn2+ (aq)
𝐾 =
𝐶𝑢 𝑍𝑛2+
𝐶𝑢2+ [𝑍𝑛]
[𝑍𝑛2+
]
[𝐶𝑢2+]
=
[𝐶𝑢]
[𝑍𝑛]
𝐾′
≡ 𝐾
[𝑍𝑛2+
]
[𝐶𝑢2+]
= 𝐾
19. PRINCÍPIO DE LE CHATELIER
RESPOSTA DOS EQUILÍBRIOS A MUDANÇAS
DE CONDIÇÕES
concentração
pressão
temperatura
catalisadores
“Quando uma perturbação exterior é
aplicada a um sistema em equilíbrio
dinâmico, ele tende a se ajustar no
sentido de minimizar o efeito da
perturbação.”
(1850-1936)
20. Concentração
No Equilíbrio Q=K
aA + bB ⇌ cC + dD
aA
cC
Adição de reagente
aA + bB ⇌ cC + dD
Q< K
A reação responde com
a formação de produtos
para restaurar a
igualdade entre Q e K.
Adição de produtos
Q >K
A reação responde com a
formação de reagentes
para restaurar a
igualdade entre Q e K.
aA + bB ⇌ cC + dD
Q=
𝐶 𝑐
𝐷 𝑑
𝐴 𝑎
𝐵 𝑏
21. O CASO DO AAS
𝐴𝐴𝑆(𝑠) + 𝐻2 𝑂(𝑙) ⇄ 𝐴𝐴𝑆−1
+𝐻3 𝑂+
(aq)
𝐴𝐴𝑆−1
(aq)
𝐻3 𝑂+
22. CaCO3 (s)⇌CaO (s) + CO2 (g)
Absorve calor
Reação exotérmica
2𝑆𝑂2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) ⇄ 2𝑆𝑂3(𝑔)
Reação endotérmica
Libera calor
Temperatura
23. A temperatura aumentar?
Qual seria o efeito sobre o Equilíbrio ?
2𝑆𝑂2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) ⇄ 2𝑆𝑂3(𝑔)
Reação exotérmica
Reação endotérmica
CaCO3 (s) ⇌CaO (s) + CO2 (g)
O aumento da temperatura de uma mistura de reação desloca o
equilíbrio na direção endotérmica.
24. Pressão
𝐼2(𝑔) ⇌ 2𝐼(𝑔)
Dica: verificar o número
de mols!!!
compressão
expansão
A compressão de uma mistura de reação de equilíbrio tende a
deslocar a reação na direção que reduz o número de moléculas em fase
de gás.
25. SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA DE HABER
Fritz Haber (1868 – 1934)
𝑁2(𝑔) + 3𝐻2(𝑔) ⇌ 2𝑁𝐻3(𝑔)
1) Conduzir a síntese com gases
fortemente comprimidos .
2 mols
4mols
2) Era preciso conduzir a reação à
menor temperatura possível.
250atm!!
Reação é exotérmica
3) Remover a amônia à medida que
ela se forma.
26. Catálise
𝑁2(𝑔) + 3𝐻2(𝑔) ⇌ 2𝑁𝐻3(𝑔)
• Nitrogênio e hidrogênio combinam-se muito lentamente em temperaturas
baixas!!
Adição de um catalisador!!!
Catalisador - é uma substância que
aumenta a velocidade de uma reação
química sem ser consumido durante a
reação.
• O catalisador não afeta o equilíbrio de uma mistura de reação.
𝑁2(𝑔) + 3𝐻2(𝑔) ⇌ 2𝑁𝐻3(𝑔)
FeOs U
250atm450 C°
27. ATENÇÃO!!!!
A constante de Equilíbrio pode ser definida em termos de pressões
parciais e em termos de concentração.
𝐾 =
𝑃𝐶
𝑐
𝑃 𝐷
𝑑
𝑃𝐴
𝑎
𝑃𝐵
𝑏 𝐾𝑐 =
𝐶 𝑐 𝐷 𝑑
𝐴 𝑎 𝐵 𝑏
Convertendo 𝐾 em 𝐾𝑐
𝐾 =
𝑅𝑇𝑐°
𝑃°
𝐾𝑐
Δ𝑛
Δ𝑛=(c+d)-(a+b)
𝐾 = 𝑅𝑇 Δ𝑛
𝐾𝑐
P°=1bar c°=1mol.𝐿−1
28. EXEMPLO 1
Em 673K, a constante de equilíbrio K de 2𝑆𝑂2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) ⇄
2𝑆𝑂3(𝑔) é 3,1𝑥104
. Qual é o valor de 𝐾𝑐 nessa temperatura?
R= 8,31447x 10−2 𝐿. 𝑏𝑎𝑟. 𝐾−1 𝑚𝑜𝑙−1
𝟑, 𝟏𝒙𝟏𝟎 𝟒
= (8,31447x 𝟏𝟎−𝟐
𝒙𝟔𝟕𝟑)−𝟏
𝑲 𝒄
Δ𝑛=2-(2+1)=-1
𝐾 = 𝑅𝑇 Δ𝑛
𝐾𝑐
𝑲 𝒄 = 𝟏. 𝟕𝒙𝟏𝟎 𝟔
29. Em uma mistura de 𝐻2, 𝐼2 𝑒 𝐻𝐼 em equilíbrio na fase de gás, em
500K, [HI]= 2,21𝑥10−3
𝑚𝑜𝑙. 𝐿−1
e [𝐼2] = 1,46𝑥10−3
𝑚𝑜𝑙. 𝐿−1
.
Levando em conta o valor de K= 160, calcule a concentração de
𝐻2.
𝐾 =
[𝐻𝐼]2
𝐻2 [𝐼2]
160 =
(2.21𝑥10−3 𝑚𝑜𝑙. 𝐿−1)2
1,46𝑥10−3 𝑚𝑜𝑙. 𝐿−1 [𝐻2]
[𝐻2]=2,1 x10−5
𝑚𝑜𝑙. 𝐿−1
CÁLCULOS UTILIZANDO A CONSTANTE DE EQUILÍBRIO
30. COMO MONTAR E USAR UMA TABELA DE EQUILÍBRIO
1) Em um recipiente de 500 mL foram adicionados 3,12 g
de PCl5. A amostra atingiu o equilíbrio com os produtos de
decomposição PCl3 e Cl2 em 250°C, em que K = 78,3.
Nessa temperatura, as três substâncias são gases.
Determinar a composição da mistura no equilíbrio.
𝑷𝑪𝒍 𝟓 𝒈 ⇌ 𝑷𝑪𝒍 𝟑 𝒈 + 𝑪𝒍 𝟐 𝒈
gases ideais!!!
𝑷 𝑷𝑪𝒍 𝟓
=
𝒏 𝑷𝑪𝒍 𝟓
𝑹𝑻
𝑽
V=500mL - 0,5L
R= 8,31447x 10−2 𝐿. 𝑏𝑎𝑟. 𝐾−1 𝑚𝑜𝑙−1
T= 250C° - 523K
n= m/M
𝑀 𝑃𝐶𝑙5
=208,24 g/mol
m=3.12g
33. COMO MONTAR E USAR UMA TABELA DE EQUILÍBRIO
2) Suponha que a mistura em equilíbrio mostrada
anteriormente seja perturbada pela adição de 0,0100 mol
de Cl2 (g) ao balão (de volume 500 mL) e que o sistema
atinja novamente o equilíbrio. Calcular a nova composição
de equilíbrio.
𝑷𝑪𝒍 𝟓 𝒈 ⇌ 𝑷𝑪𝒍 𝟑 𝒈 + 𝑪𝒍 𝟐 𝒈
34. 1) Para a reação 𝐻2(𝑔)+𝐼2(𝑔) ⇌ 2𝐻𝐼(𝑔), K= 500K. A
análise da mistura de reação em 500K mostrou que sua
composição é 𝑃 𝐻2
= 0,20 bar, 𝑃𝐼2
=0,10bar e 𝑃 𝐻𝐼= 0,10bar.
A) Calcule o quociente da reação.
B) A mistura de reação está em equilíbrio? Caso não
esteja, a tendência é formar mais reagentes ou mais
produtos?
