Equilíbrio químico é o nome dado ao ramo da Físico-Química que estuda toda e qualquer reação reversível, na qual existem duas reações possíveis, uma direta (em que os reagentes transformam-se em produtos) e uma inversa (em que os produtos transformam-se em reagentes). Essas reações apresentam a mesma velocidade. Show
Tópicos deste artigo
1- Resumo de equilíbrio químico
[Publicidade_omnia] 2- Introdução sobre equilíbrio químicoToda reação química possui uma velocidade. No caso das reações reversíveis, a reação direta tem a sua, enquanto a indireta tem a dela. O processo só entrará em equilíbrio químico quando as duas velocidades tornarem-se absolutamente iguais.
3- Condições para ocorrência de um equilíbrio químicoConforme exposto, um equilíbrio químico só ocorrerá:
Mapa mental: Equilíbrio químico*Para baixar o mapa mental em PDF, clique aqui! 4- Gráfico de equilíbrio químicoO gráfico de equilíbrio químico apresenta sempre as mesmas variáveis: tempo, no eixo x, e concentração em mol/L, no eixo y. Qualquer curva descendente pertence a um reagente, e qualquer curva ascendente pertence a um produto. Variáveis de um gráfico de equilíbrio químico. Identificamos uma situação de equilíbrio quando as curvas presentes no gráfico tornam-se horizontais em relação ao eixo da concentração. Situação de equilíbrio em um gráfico. 5- Exemplos de equilíbrios químicosAbaixo, seguem exemplos de equilíbrios químicos: Exemplo 1: Equilíbrio gasoso. Exemplo 2: Equilíbrio com participante sólido. Exemplo 3: Equilíbrio com participante dissolvido em água (meio aquoso). Exemplo 4: Equilíbrio com participante líquido. 6- Constante de equilíbrio químico em termos de concentração Constante de equilíbrio em termos de concentração (mol/L) ou simplesmente Kc é a relação estabelecida entre as concentrações molares de produtos e de reagentes presentes em uma reação elevadas aos seus respectivos expoentes. Observe o seguinte equilíbrio: O Kc desse equilíbrio terá no numerador a multiplicação entre as concentrações dos produtos (C e D). No denominador, teremos a multiplicação entre as concentrações dos reagentes (A e B). Todos as concentrações deverão ser elevadas aos seus respectivos coeficientes estequiométricos (a, b, c, d). Agora, observe o equilíbrio com participantes gasosos abaixo: A expressão da constante de equilíbrio (Kc) para essa reação será:
Obs.: os participantes no estado sólido são sempre constantes, por isso, não participam da expressão do Kc. Como o Al2O3 e o Al são sólidos, não entrarão na expressão do Kc. Em suas posições, colocamos o número 1. Exemplo: Em determinadas condições de temperatura e pressão, existe 0,5 mol/L de N2O4 em equilíbrio com 2,0 mols/ L de NO2, segundo a reação abaixo: A constante de equilíbrio (Kc) desse equilíbrio, nas condições da experiência, será numericamente igual a: a) 0,125 b) 0,25 c) 1 d) 4 e) 8 Para fazermos os cálculos, colocamos os valores das concentrações de cada um dos participantes na expressão do Kc: Kc = [NO2]2 Kc = (2)2 Kc = 8 mol/L Resposta: Letra e 7- Constante de equilíbrio químico em termos de pressãoA constante de equilíbrio em termos de pressão parcial é representada pela sigla Kp e é determinada quando pelo menos um dos componentes do equilíbrio, seja ele reagente ou produto, está no estado gasoso.
Para expressar a constante Kp desse equilíbrio, seguimos o mesmo princípio da determinação do Kc, ou seja, produtos no numerador e reagentes no denominador.
O cálculo da expressão do equilíbrio Kp segue como realizado anteriormente com o Kc. A única diferença é que utilizamos as pressões parciais dos participantes em vez de usarmos a concentração em mol/L. 8- Grau de equilíbrioRepresentado pela sigla α, o grau de equilíbrio indica a quantidade, em porcentagem (%), de matéria do reagente que reagiu durante a reação. Para calculá-lo, devemos utilizar a seguinte expressão: O resultado do grau de equilíbrio deve ser sempre multiplicado por 100 para que seja transformado em porcentagem. Exemplo: Aqueceram-se 2 mol de PCℓ5 em um recipiente fechado com capacidade de 2 L. Atingindo o equilíbrio, o PCℓ5 estava 40% dissociado em PCℓ3 e Cℓ2. Calcule a constante de equilíbrio. A equação que representa o equilíbrio é: O enunciado indica que foram adicionados 2 mol de PCl5 em um recipiente de 2L. Logo, sua concentração é de 1 mol/L. Se, inicialmente, havia 1 mol/L, e 40% (0,4) dele foi dissociado: α = Concentração que reagiu 0,4 = Concentração que reagiu Concentração que reagiu = 0,4 mol/L De acordo com a equação, a estequiometria dela é de 1:1:1. Logo, o que reage é o que forma no produto. Assim, foram formados 0,4 mol/L de PCl3 e 0,4 mol/L Cl2. Com relação ao PCl5 é diferente: no início tínhamos 1 mol/L e reagiu 0,4 mol/L. Logo, sobraram 0,6 mol/L. Por fim, basta utilizarmos os valores para realizar o cálculo do Kc: Kc = [PCl3].[Cl2] Kc = 0,4 . 0,4 Kc = 0,26 mol/L (aproximadamente) 9- Constante de ionizaçãoA constante de ionização (representada pelas siglas Ki, Ka, Kb, Kd) é a relação estabelecida entre eletrólito (ácido ou base) dissolvido em água e os íons liberados. Quando um ácido (HX) é dissolvido em água, sofre ionização, produzindo o cátion hidrônio (H+) e um ânion (X-) qualquer:
A expressão do Ki para esse ácido é: Expressão do Ki para o ácido. Obs.: quanto maior for o valor da constante, mais forte ele é. 10- Constante do produto de solubilidadeEssa constante, representada por Kps ou Ks, está relacionada com a dissolução de sais muito pouco solúveis em água. Quando um sal (YX) de baixa solubilidade está em água, uma pequena parte dele dissolve-se, dissociando-se. Forma-se, então, um equilíbrio químico entre os íons liberados e os cristais do eletrólito (sal). Para determinar a expressão do Kps, utiliza-se apenas o produto da concentração em mol/L dos íons (cátion Y+ e ânion X-), já que a maior parte do eletrólito está no estado sólido, o qual não participa de uma constante. Exemplo:O produto de solubilidade (Kps) do Pb(OH)2 é dado pela expressão: a) Kps = [Pb2+][OH–]2 b) Kps = [Pb2+]2 [OH–] c) Kps = [Pb(OH)2] d) Kps = [Pb2+] + [OH–]2 e) Kps = [Pb2+] / [OH–] Quando a base Pb(OH)2 é adicionada em água, forma-se o seguinte equilíbrio de dissolução: Os íons liberados são o chumbo II (Pb+2) e o hidróxido (OH-). Na expressão do Kps, o cátion será elevado a um, por apresentar apenas uma unidade na fórmula, e o ânion será elevado ao quadrado, por apresentar duas unidades na fórmula. Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;) Resposta: Letra c Veja também: Como são formadas estalactites e estalagmites 11- Deslocamento de equilíbrio (Princípio de Le Chatelier)De acordo com o princípio de Le Chatelier, existem três variáveis que podem perturbar um equilíbrio: temperatura, pressão e concentração. Sempre que um equilíbrio for perturbado, ele irá trabalhar de forma contrária à perturbação para criar uma nova situação de equilíbrio. ConcentraçãoSe a concentração de um participante diminui, o equilíbrio desloca-se para o lado dele. Se a concentração de um participante aumenta, o equilíbrio desloca-se para o lado contrário. TemperaturaSe a temperatura aumenta, o equilíbrio desloca-se no sentido endotérmico. Se a temperatura diminui, o equilíbrio desloca-se no sentido exotérmico. Obs.: desses fatores, a temperatura é o único fator que modifica a constante de equilíbrio (Kc). PressãoSe a pressão aumenta, o equilíbrio desloca-se no sentido que apresenta menor volume. Se a pressão diminui, o equilíbrio desloca-se no sentido que apresenta maior volume. Exemplo: Observe o seguinte equilíbrio químico: Sobre esse equilíbrio químico, são formuladas as proposições abaixo: I. A constante de equilíbrio pode ser designada por constante de ionização de ácido. II. Quanto maior for a constante de equilíbrio, mais forte será o eletrólito. III. O equilíbrio pode ser deslocado pela adição de uma base. IV. A constante de equilíbrio independe da temperatura. São afirmações corretas apenas: a) I e II b) I e III c) I e IV d) I, II e III e) II, III e IV I- Verdadeira, porque é um equilíbrio de um ácido. II- Verdadeira, porque quanto maior a constante de equilíbrio, maior a força; III- Verdadeira, pois a hidroxila da base tem afinidade com H+ do ácido, o que alteraria a concentração de H+ no equilíbrio. IV- Falsa, porque a constante de equilíbrio depende da temperatura. 12- Casos particularesRelação entre equilíbrio iônico da água e pH das soluçõesA água é uma substância que sofre autoionização, ou seja, ela produz cátion hidrônio (H+) e ânion hidróxido (OH-), porém a quantidade de íons formada é muito pequena, formando o equilíbrio químico abaixo:
Assim, sempre que tivermos uma solução aquosa, teremos o equilíbrio iônico da água. A constante de ionização da água, representada por Kw, é dada pela seguinte expressão: Obs.: a água não aparece na expressão por ser uma constante na sua equação. De acordo com dados experimentais, sabe-se que, em temperatura ambiente, a concentração dos íons hidrônio e hidróxido produzidos pela água é igual a 10-7 mol/L. A presença de uma substância (dissolvida) na água pode modificar a quantidade de íons hidrônio e hidróxido. Como a grande maioria das substâncias utilizada no nosso dia a dia está dissolvida na água (soluções aquosas), a quantidade de cátions hidrônio e ânions hidróxido passou a ser uma referência para determinar a característica de um meio. Logo:
Veja também: Indicadores de pH Equilíbrio químico e hidrólise salinaQuando um sal é dissolvido em água, além do equilíbrio de ionização da água, passamos a ter o equilíbrio de dissociação do sal (YW libera um cátion diferente de hidrônio e um ânion diferente de hidróxido). Logo, no meio, temos dois cátions e dois ânions. A hidrólise ocorre quando pelo menos um dos íons provenientes da água interage com um dos íons do sal (cátion com ânion), formando ácido ou base. Porém, isso só ocorre se o eletrólito (ácido ou base) a ser formado for de natureza fraca. Veja também: Força dos ácidos Exemplo: Em uma determinada solução aquosa de NaCl, é verificado pH = 7. Isso se deve ao fato de: a) ocorrer apenas hidrólise do cátion Na+. b) ocorrer apenas hidrólise do ânion Cl–. c) não ocorrer hidrólise, porque o NaOH e HCl são eletrólitos fortes. d) ocorrer hidrólise do cátion e do ânion. e) NaOH e HCl serem eletrólitos fracos O NaCl, ao se dissolver na água, libera o cátion sódio (Na+), que é proveniente de eletrólito forte (por pertencer à família IA da tabela periódica), e o ânion cloreto (Cl-), que também é proveniente de um eletrólito forte (HCl, um dos três hidrácidos fortes). Por isso, nesse exemplo, não ocorre hidrólise de nenhum dos íons provenientes do sal. Resposta: Letra c Equilíbrio químico e soluções-tampãoSabe-se que um ácido, base ou sal, quando dissolvidos em água, sofrem dissociação, resultando em um equilíbrio iônico. Quando um ácido fraco (que dissocia pouco), HX, é misturado com um sal (que apresenta o mesmo ânion do ácido), YX, ou quando uma base fraca (que também dissocia pouco), ZOH, é misturada com um sal (que apresenta o mesmo cátion da base), ZW, teremos a formação de uma solução-tampão. Nesse tipo de solução, temos sempre a presença de dois equilíbrios químicos. Sua principal característica é de que esses equilíbrios não sofrem grandes perturbações nem alterações no seu pH quando recebem eletrólitos que ionizam muito, como ácidos ou bases fortes. Um exemplo de solução-tampão é a mistura formada pelo ácido cianídrico (um ácido fraco, de fórmula HCN) e o sal cianeto de sódio (de fórmula NaCN). 13- Fórmulas utilizadas no equilíbrio químicoAlém das fórmulas utilizadas para o cálculo das constantes do equilíbrio químico em termos de pressão (Kp) e concentração (Kc), temos as seguintes fórmulas:
Veja também: Classificação das bases
Sendo que, nessas fórmulas, M é a concentração em mol/L do eletrólito, e α é o grau de ionização ou de dissociação do eletrólito. Exemplo 1: Uma solução 0,01 molar de um monoácido está 4,0% ionizada. A constante de ionização desse ácido é: a) 1,6 x 10–3 b) 1,6 x 10–5 c) 3,32 x 10–5 d) 4,0 x 10–5 e) 3,0 x 10–6 Resposta: Letra b Os dados fornecidos pelo exercício foram: α = 4% M = 0,01 mol/L Para determinar o valor da constante de ionização, devemos utilizar a expressão para eletrólito fraco: Ki = α2. M Ki = (0,04)2.0,01 Ki = 0,0016.0,01 Ki = 0,00016 mol/L ou 1,6.10-5 mol/L
Exemplo 2: A concentração dos íons H+ de uma solução é igual a 0,0001. O pH dessa solução é: a) 1 b) 2 c) 4 d) 10 e) 14 Resposta: Letra c O exercício indica que a concentração de cátion é 0,0001. Para determinar o pH, basta utilizarmos o valor na expressão: [H+] = 10-pH 0,0001 = 10-pH 10-4 = 10-pH -4 = -pH. (-1) pH = 4
14- Exercício sobre equilíbrio químico no Enem(Enem) Alguns profissionais burlam a fiscalização quando adicionam quantidades controladas de solução aquosa de hidróxido de sódio a tambores de leite de validade vencida. Assim que o teor de acidez, em termos de ácido lático, encontra-se na faixa permitida pela legislação, o leite adulterado passa a ser comercializado. A reação entre hidróxido de sódio e ácido lático pode ser representada pela equação química: CH3CH(OH)COOH(aq) + NaOH(aq) → CH3CH(OH)COONa(aq) + H2O(I) Equilíbrio entre ácido lático e hidróxido de sódio A consequência dessa adulteração é: a) o aumento do pH do leite. b) a diluição significativa do leite. c) a precipitação do lactato de sódio. d) a diminuição da concentração de sais. e) o aumento da concentração dos íons H+. O hidróxido de sódio é uma base forte, que dissocia muito e libera muitos ânions hidróxido. Com sua adição, ocorrerá um aumento do pH do leite. Resposta: Letra a
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