Realizações de Aprendizagem
- Explicar equilíbrio químico.
- Expressão escrita para o cálculo \(K\).
- Calcular e comparar valores Q e K.
- Prever quantidades relativas de reagentes e produtos com base na constante de equilíbrio \(K\).
Gases hidrogênio e iodo reagem para formar iodeto de hidrogênio de acordo com a seguinte reação:
Inicialmente, somente a reação a frente ocorre porque não há presença de \(HI). Assim que se formou, ela começa a decompor-se de volta em “H_2” e “I_2”. Gradualmente, a taxa da reacção à frente diminui enquanto a taxa da reacção inversa aumenta. Eventualmente, a taxa de combinação de “H2” e “I2” para produzir “H2” torna-se igual à taxa de decomposição de “H2” em “H2” e “I2”. Quando as taxas das reacções a avançar e a reverter se tornaram iguais, a reacção atingiu um estado de equilíbrio. Equilíbrio químico é o estado de um sistema em que a taxa da reação frente é igual à taxa da reação reversa.
O equilíbrio químico pode ser alcançado quer a reacção comece com todos os reagentes e sem produtos, todos os produtos e sem reagentes, ou alguns de ambos. A figura abaixo mostra as mudanças na concentração de duas reações diferentes. Na reacção representada pelo gráfico da esquerda (A), a reacção começa apenas com a presença de Inicialmente não há. À medida que a reacção avança no sentido do equilíbrio, as concentrações do ácido acetilsalicílico e do ácido acetilsalicílico diminuem gradualmente, enquanto a concentração do ácido acetilsalicílico aumenta gradualmente. Quando os níveis da curva se esgotam e as concentrações se tornam constantes, o equilíbrio é alcançado. Em equilíbrio, as concentrações de todas as substâncias são constantes.
Na reacção B, o processo começa apenas com a reacção B e sem a reacção HI_2 ou HI_2). Neste caso, a concentração de HI diminui gradualmente enquanto as concentrações de H2 e H2 aumentam gradualmente até que o equilíbrio seja novamente alcançado. Note que em ambos os casos, a posição relativa de equilíbrio é a mesma, como mostram as concentrações relativas de reagentes e produtos. A concentração de equilíbrio é significativamente maior do que as concentrações de H2 e H2 e H2. Isto é verdade quer a reacção tenha começado com todos os reagentes ou com todos os produtos. A posição de equilíbrio é uma propriedade da reação reversível particular e não depende de como o equilíbrio foi alcançado.
Condições para o equilíbrio e tipos de equilíbrio
Pode ser tentador pensar que uma vez alcançado o equilíbrio, a reacção pára. O equilíbrio químico é um processo dinâmico. As reações para frente e para trás continuam a ocorrer mesmo após o equilíbrio ter sido alcançado. Entretanto, como as taxas das reações são as mesmas, não há alteração nas concentrações relativas de reagentes e produtos para uma reação que está em equilíbrio. As condições e propriedades de um sistema em equilíbrio estão resumidas abaixo.
- O sistema deve estar fechado, o que significa que nenhuma substância pode entrar ou sair do sistema.
- Equilíbrio é um processo dinâmico. Apesar de não vermos necessariamente as reacções, tanto para a frente como para trás estão a ocorrer.
- As taxas das reacções para a frente e para trás têm de ser iguais.
- A quantidade de reagentes e produtos não tem de ser igual. Entretanto, após o equilíbrio ser alcançado, as quantidades de reatantes e produtos serão constantes.
A descrição de equilíbrio neste conceito refere-se principalmente ao equilíbrio entre reatantes e produtos em uma reação química. Outros tipos de equilíbrio incluem o equilíbrio de fases e o equilíbrio de soluções. Um equilíbrio de fase ocorre quando uma substância está em equilíbrio entre dois estados. Por exemplo, um frasco de água parada atinge o equilíbrio quando a taxa de evaporação é igual à taxa de condensação. Um equilíbrio de solução ocorre quando uma substância sólida está em uma solução saturada. Neste ponto, a taxa de dissolução é igual à taxa de recristalização. Embora todos estes sejam diferentes tipos de transformações, a maioria das regras relativas ao equilíbrio aplicam-se a qualquer situação em que um processo ocorre reversivelmente.
Células sanguíneas vermelhas transportam oxigénio para os tecidos para que estes possam funcionar. Na ausência de oxigénio, as células não podem cumprir as suas responsabilidades bioquímicas. O oxigénio move-se para as células ligadas à hemoglobina, uma proteína que se encontra nos glóbulos vermelhos. Em casos de envenenamento por monóxido de carbono, o oxigénio liga-se muito mais fortemente à hemoglobina, bloqueando a fixação de oxigénio e baixando a quantidade de oxigénio que chega às células. O tratamento envolve a respiração do paciente respirando oxigênio puro para deslocar o monóxido de carbono. A reação de equilíbrio mostrada abaixo ilustra a mudança para a direita quando o excesso de oxigênio é adicionado ao sistema:
Constante de equilíbrio
Considerar a hipotética reacção reversível em que os reagentes reagem a formar produtos. Este equilíbrio pode ser mostrado abaixo, onde as letras minúsculas representam os coeficientes de cada substância.
>
Como estabelecemos, as taxas das reações frente e verso são as mesmas em equilíbrio, e assim as concentrações de todas as substâncias são constantes. Uma vez que é esse o caso, é lógico que uma razão da concentração para uma dada reacção em equilíbrio mantém um valor constante. A constante de equilíbrio é a razão entre o produto matemático dos produtos de uma reacção e o produto matemático das concentrações dos reagentes da reacção. Cada concentração é elevada à potência do seu coeficiente na equação química equilibrada. Para a reação geral acima, a expressão da constante de equilíbrio é escrita da seguinte forma:
^c {\i}{\i1}{\i1}esquerda^d}{\i}{\i1}a {\i}esquerda^b}]
As concentrações de cada substância, indicadas pelos colchetes em torno da fórmula, são medidas em unidades de molaridade {\i}(esquerda{\i}(esquerda{\i}{mol/L} direita)}.
O valor da constante de equilíbrio para qualquer reacção é determinado apenas por experiência. Como detalhado na seção acima, a posição de equilíbrio para uma dada reação não depende das concentrações iniciais e, portanto, o valor da constante de equilíbrio é verdadeiramente constante. Depende, contudo, da temperatura da reacção. Isto porque o equilíbrio é definido como uma condição resultante de as taxas de reacções à frente e atrás serem iguais. Se a temperatura mudar, a mudança correspondente nessas taxas de reação alterará a constante de equilíbrio. Para qualquer reacção em que é dado um \i(K_text{eq}}), a temperatura deve ser especificada.
Quando o \i(K_text{eq}) é maior que 1, o numerador é maior que o denominador pelo que os produtos são favorecidos, ou seja, a concentração dos seus produtos é maior que a dos reagentes.
Se \\(K_texto{eq}}} for inferior a 1, então os reagentes são favorecidos porque o denominador (reagentes) é maior que o numerador (produtos).
Quando \(K_texto{eq}}) é igual a 1, então a concentração de reagentes e produtos é aproximadamente igual.
Cociente de reacção
O quociente de reacção, \(Q\), é usado quando se questiona se estamos em equilíbrio. O cálculo para o Q é exactamente o mesmo que para o K, mas só podemos usar o K quando sabemos que estamos em equilíbrio. A comparação entre o Q e o K permite prever a direcção da reacção.
- (Q\) = Equilíbrio
- (Q\) < A reacção continua para o direito de formar mais produtos e diminuir a quantidade de reagentes, de modo que o valor de \(Q\) aumentará
- (Q\) > \(K\) a reação procede à esquerda para formar mais reagentes e diminuir a quantidade de produtos, de modo que o valor de \(P\) diminuirá
Contribuintes e Atribuições
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CK-12 Fundação por Sharon Bewick, Richard Parsons, Therese Forsythe, Shonna Robinson, e Jean Dupon.
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Allison Soult, Ph.D. (Departamento de Química, Universidade do Kentucky)