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5. Equilibrio químico

Contenidos

• Equilibrio químico
  • Conceito
• Condição de equilibro químico
  • Energía libre de Gibbs de

reação

• quociente de reação
• Constante de equilibrio

termodinámica

• A constante de equilibrio
• Significado do valor numérico de K
  • Relação entre K e a

estequiometría

• Evolução para o equilibrio
• Equilibrios homogéneos:

disoluciones, gases

• Equilibrios heterogéneos
  • Dependencia da temperatura
    • Equação de Van’t Hoff
  • Perturbações do equilibrio
    • Principio de Le Châtelier
    • Efetos dos cambios de

concentración

• Efectos de los cambios de

volumen o presión

• Efectos de la temperatura
• Cálculos de equilibrios

Equilibrio químico

Equilibrio químico

• A escala macroscópica:
  • As concentrações de todos os reagentes e produtos em uma reação

permanecem estáveis ao longo do tempo (equilíbrio termodinâmico)

• A escala microscópica o molecular:
• Reações globais diretas e inversas estão ocorrendo constantemente e em

igual medida (equilíbrio dinâmico)

Equilibrio químico

• Ponto de equilibrio de uma reação a uma dada T:
  • caracterizada por concentrações de reagentes e produtos que

permanecem constantes ao longo do tempo.

• As concentrações de equilíbrio não são únicas
• Existem muitos pontos de equilíbrio para uma reação em um dado T.
• Cada ponto inicial leva a um ponto de equilíbrio
• O que todos os pontos de equilíbrio de uma reação em um dado T

têm em comum?

Condição de

equilibrio químico

Quociente de reação (termodinâmica padrão)

aA + bB + gG + hH +

0 0 0

0 0 0

[ ] [ ]

[ ] [ ]

[ ] [ ]

[ ] [ ]

g h^ i

I

I

a b c

C

C

G H p

G H p Q

A B p

A B p

   ^ ^ 

    ^        

    ^ 

    ^       

A, B, G, H: solutos e solventes líquidos

C, I: gases

não aparecem: sólidos puros e líquidos

0 G (^) T = G (^) T +RT lnQ

Q não tem unidades e depende apenas de

concentrações e pressões parciais

Relembrando as escolhas que foram feitas de estados padrão (questão 3), os seguintes casos são apresentados:

disolvente:

0 [ D ]  [ D puro] =[ D]

0 [ D ] / [ D]  1

soluto:

0 [ A] = 1 M

0 [ A] / [ A] =[ A] / M

gas:

0 p (^) I = 1 bar  1 atm

0 p (^) I / p (^) I = pI / bar  pI / atm

A expressão totalmente rigorosa toma atividades em vez de

molaridades e fugacidades em vez de pressões parciais

Quociente de reação (termodinâmica padrão)

aA + bB + gG + hH +

[ ] [ ]

[ ] [ ]

g h i I a b c C

G H p Q A B p



A, B, G, H: solutos líquidos, concentrações molares (sem as unidades)

C, I: gases, pressões parciais em atm (sem as unidades)

não aparecem: sólidos e líquidos puros, nem solventes

0 G (^) T = G (^) T +RT lnQ

Q não tem unidades e depende apenas de concentrações

e pressões parciais

Expressão tradicional

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

[ ] / [ ] / /

[ ] / [ ] / /

g h i

I a b c

C

G M H M p bar Q

A M B M p bar



Condição de Equilíbrio Químico: Constante de Equilíbrio

reagentes e produtos em um ponto da reação(não padrão)

aA + bB + gG + hH +

reagentes e produtos sob

condições padrão

T

G

T

= G + RT lnQ

razão de reação termodinâmica da

mistura de reação

mistura de reação

em um ponto de equilíbrio

0

T

= G + RT^ ln^ Qeq

quociente de reação do ponto de equilíbrio

0

ln

T eq

G Q RT

 = −

0

G T

RT

eq

Q e

=

eq T,

 K

Constante de equilibrio termodinâmica à temperatura T

[no tiene unidades]

A constante de

equilibrio

Relação entre K e estequiometria

Inversão: Quando a equação química é invertida, o valor de K é invertido

(1) 2 N O 2 ( g ) +O 2 ( g ) 2 NO( g)

(2) 2 NO( g ) 2 N O 2 ( g ) +O 2 ( g) Keq (2) = 1 Keq(1)

Multiplicação: Quando os coeficientes estequiométricos são multiplicados, a

constante de equilíbrio é elevada à potência correspondente

1/ K (^) eq (3) = Keq(1)

Combinação: Se uma equação química é igual à soma de outras, seu K é igual

ao produto dos Ks das outras.

(1) 2 N O 2 ( g ) +O 2 ( g ) 2 NO( g)

2 2

(3) N O g + O g NO g

(1 = a + 2 )b 2 N O 2 ( g ) +O 2 ( g ) 4 NO( g)

( )a 2 N O 2 ( g ) 2 N 2 ( g ) +O 2 ( g)

( )b N 2 ( g ) +O 2 ( g ) 2 NO( g)

2 K (^) eq (1) = K (^) eq ( )a K (^) eq( )b

Evolução espontânea em direção ao equilíbrio

eq

K

ponto inicial Q^  Keq

ponto de equilibrio Qeq = Keq Qeq = Keq

Q  Keq

os reagentes dão produtos

os produtos dão reagentes

ponto inicial

ponto de equilibrio

Equilibrios homogêneos. Gases, K

p

y K

c

Gases : 2 2

2 N O( g ) +O ( g ) 2 NO( g)

2 2

2 ,

2 , ,

NO eq eq p N O eq O eq

p K K p p

= =

comportamento ideal:

, , [^ ]

NO eq NO eq eq

n p RT NO RT V

= =

2 2

2 2 2 2

[ ] ( )

[ ] ( ) [ ] ( )

eq p eq eq

NO RT K N O RT O RT

=

2 2 (2 1) 2 2 2

[ ] ( ) [ ] [ ]

eq

eq eq

NO RT N O O

− +

1 K (^) c ( RT )

−

( )

ngas

p c

K K RT

= n^ gas^ =^ ngas^ ,Productos −ngas,Reactivos

• As pressões devem ser usadas

em atm, não incluindo as unidades

• Kp no tiene unidades

Relação entre Kp y Kc

• Kp e Kc no tienen unidades
• R em atm.L.K-^1 mol-^1 ; T em K; ambos não incluindo unidades

exemplo

Tendo em vista os dados experimentais sobre transparência 6 para a reação

CO g( ) + 2 H 2 ( g ) CH OH g 3 ( )

Qual é o quociente de reação Qc em cada experimento no momento inicial e após

atingir o equilíbrio? Quanto vale Kc para o T dos experimentos?

exper. [CO] [H 2 ] [CH 3 OH]

[CO]eq [H 2 ]eq [CH 3 OH]eq

pontos iniciais pontos de equilibrio (conc. iniciais, M) (conc. de equilibrio, M)

Qc Qc

Kc=14,