Equilíbrio Químico

Equilíbrio Químico

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2.1 Reversibilidade das reações químicas

Uma reação química pode ser considerada:

 Completa: reação em que pelo menos um dos reagentes se esgota.

Exemplo: Combustões

 Incompleta: reação química em que nenhum dos reagentes se esgota.

Exemplo: Síntese de amoníaco

Reversibilidade das reações químicas

Quando os reagentes se consomem e se convertem em produtos de reação, também estes podem reagir entre si, transformando-se novamente em reagentes. Estas reações denominam-se por reações reversíveis, representando-se genericamente do seguinte modo:

Multiple Choice

A reação química representada na imagem é;

• Completa

• Direta

• Indireta

• Incompleta

Reversibilidade das reações químicas

Uma reação considerada reversível – reação que ocorre no sentido direto e no sentido inverso – pode atingir um estado de equilíbrio químico.

Diz-se que um sistema reacional atingiu um estado de equilíbrio químico quando:

A velocidade da reação direta é igual à velocidade da reação direta

Equilíbrio dinâmico.

A concentração de todos os componentes da mistura permanece

constante ao longo do tempo.

Equilíbrio Químico

Reversibilidade das reações químicas



Representação gráfica de uma situação de equilíbrio para a reação de síntese do amoníaco:

N₂ (g) + 3 H₂ (g) ⇌ 2 NH₃(g)

Fill in the Blanks

Multiple Choice

Analisando o gráfico da imagem, podemos afirmar que, quando se atinge o equilíbrio:

• A velocidade da reação direta é mais elevada que a velocidade da reação inversa.

• A velocidade da reação inversa é mais elevada que a velocidade da reação direta.

• As velocidades das reações direta e inversa são iguais.

• A velocidade da reação direta aumenta.

Aspetos quantitativos do Equilíbrio Químico



Constante de Equilíbrio

Aspetos quantitativos do Equilíbrio Químico

• Depende apenas da temperatura;

• As concentrações são expressas em mol/dm³;

• Avalia a extensão da reação, ou seja, o grau de conversão dos reagentes em produtos:

  Um valor de Kc elevado indica que o equilíbrio se encontra muito deslocado no sentido de formação dos produtos da reação – Sentido direto;

Um valor de Kc baixo indica que o equilíbrio se encontra muito deslocado no sentido de formação dos reagentes – Sentido inverso.



Constante de equilíbrio

Multiple Choice

A expressão da constante de equilíbrio para a situação de equilíbrio representada na imagem e:

• $$kc=\frac{\left[NO_2\right]_{e\ }^2}{\left[NO\right]_e^2\ \cdot\ \left[O_2\right]_e}$$

• $$kc=\frac{\left[NO\right]_e^2\cdot\left[O_2\right]_e}{\left[NO_2\right]_e^2}$$

• $$kc=\frac{2\lceil NO_2\rceil_e}{2\left[NO\right]_e\cdot\left[O_2\right]_e}$$

• $$kc=\frac{2\left[NO\right]_e\ \cdot\ \left[O_2\right]_e}{2\left[NO_2\right]_e}$$

Reversibilidade das reações químicas



​Quociente de reação-Q

Reversibilidade das reações químicas



​Quociente de reação-Q

​Se Q<K_c a reação vai evoluir no sentido direto

Se Q= K_c o sistema está em equilíbrio

Se Q>K_c a reação vai evoluir no sentido inverso

Open Ended

Indica o que acontece ao sistema se o quociente de reação (Q) for menor que a constante de equilíbrio (Kc).



Princípio de Le Châtelier

​Equilíbrios e desequilíbrios de um sistema reacional

​Se algum fator externo provocar uma perturbação num sistema em equilíbrio, este vai evoluir no sentido de contrariar essa perturbação, até atingir um novo estado de equilíbrio.



Fatores que alteram o estado de equilíbrio

​Equilíbrios e desequilíbrios de um sistema reacional

​Concentração;

Pressão;

Temperatura;

​Equilíbrios e desequilíbrios de um sistema reacional

• ​Se houver adição de reagentes ou remoção de produtos de reação, o sistema evolui no sentido direto.
  

• Se houver remoção de reagentes ou adição de produtos de reação, o sistema evolui no sentido inverso.

​Efeito da concentração

Exemplo do efeito da concentração

A adição de di-hidrogénio vai fazer o sistema evoluir no sentido direto, que permite diminuir a concentração de di-hidrogénio e aumentar a concentração de amoníaco até se atingir um novo equilíbrio químico.

​Equilíbrios e desequilíbrios de um sistema reacional

Na reação de síntese do amoníaco:

​N₂ (g)+3 H₂ (g)⇌2 NH₃ (g)

Open Ended

Se ao sistema : N₂ (g)+3 H₂ (g)⇌2 NH₃ (g)

adicionarmos amoníaco, explica como é que este vai evoluir.

• Se um sistema gasoso for sujeito a uma maior pressão, evolui no sentido da formação de menor quantidade de substância.

• Se um sistema gasoso for sujeito a uma menor pressão, evolui no sentido da formação de maior quantidade de substância.

Efeito da Pressão

​Equilíbrios e desequilíbrios de um sistema reacional

​A variação de pressão ou volume de um sistema em que pelo menos um dos componentes está no estado gasoso, altera o estado de equilíbrio de uma reação.

Exemplo do efeito da pressão

O aumento da pressão (ou diminuição do volume) faz o sistema evoluir no sentido direto, sentido de formação de menor número de moles de partículas no estado gasoso, fazendo diminuir a pressão até se atingir um novo equilíbrio químico.

​Equilíbrios e desequilíbrios de um sistema reacional

Na reação de síntese do amoníaco:

​N₂ (g)+3 H₂ (g)⇌2 NH₃ (g)

Multiple Choice

No sistema N₂ (g)+3 H₂ (g)⇌2 NH₃ (g), provocando uma diminuição da pressão, o sistema vai evoluir:

• No sentido direto, aumentando a produção de amoníaco.

• No sentido inverso, diminuindo a produção de amoníaco.

• No sentido inverso, aumentando a produção de amoníaco.

• No sentido direto, diminuindo a produção de amoníaco.



Efeito da temperatura

​Equilíbrios e desequilíbrios de um sistema reacional

​
A variação da temperatura afeta os sistemas em equilíbrio, uma vez que altera o valor da constante de equilíbrio.

O aumento da temperatura favorece as reações endotérmicas, aumentando o Kc.

A diminuição de temperatura favorece as reações exotérmicas, aumentando o Kc.



Efeito da temperatura

​Equilíbrios e desequilíbrios de um sistema reacional

​Reações endotérmicas, ∆H>0

Um aumento da temperatura favorece a reação no sentido direto, levando ao aumento de Kc.

Uma diminuição da temperatura favorece a reação no sentido inverso, provocando uma diminuição de Kc.



Efeito da temperatura

​Equilíbrios e desequilíbrios de um sistema reacional

​Reações exotérmicas, ∆H<0

Um aumento da temperatura favorece a reação no sentido inverso, levando a uma diminuição de Kc.

Uma diminuição da temperatura favorece a reação no sentido direto, provocando um aumento de Kc.

Exemplo do efeito da temperatura

Como a reação é exotérmica(ΔH<0), o aumento da temperatura faz evoluir o sistema no sentido inverso, fazendo diminuir a temperatura até se atingir um novo equilíbrio químico.

​Equilíbrios e desequilíbrios de um sistema reacional

Na reação de síntese do amoníaco:

​N₂ (g)+3 H₂ (g)⇌2 NH₃ (g) ΔH<0

Multiple Choice

Numa reação endotérmica, o aumento da temperatura faz o sistema evoluir no sentido:

• Direto, fazendo diminuir o Kc.

• Inverso, fazendo diminuir o Kc.

• Direto, fazendo aumentar o Kc.

• Direto, fazendo diminuir o Kc.

Adição de catalisadores

​Equilíbrios e desequilíbrios de um sistema reacional

Os catalisadores são substâncias que aumentam a velocidade das reações químicas, direta e inversa, sem se consumirem e não afetando o estado de equilíbrio.

Open Ended

Explica em que condições de pressão, temperatura e concentração dos reagentes do sistema : ​N₂ (g)+3 H₂ (g)⇌2 NH₃ (g) ΔH<0, se consegue produzir maior quantidade de amoníaco.