Estatística Aplicada Equilíbrio Químico

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Observando a tabela, a partir de 40 minutos as concentrações param de variar. Isso indica que as velocidades se tornam iguais (sabendo que as duas reações ocorrem ao mesmo tempo), ou seja, ficam em equilíbrio químico. Logo, concluímos que:

Equilíbrio químico é o estado no qual as velocidades das reações direta e inversa se igualam. (FELTRE, 2004).

- Constante de Equilíbrio

É a razão entre o produto das concentrações molares dos produtos e o produto das concentrações molares dos reagentes, estando todas essas concentrações elevadas a potências iguais aos respectivos coeficientes da equação química balanceada. (SARDELLA, 1984)

Para entender melhor, a forma para encontrar a constante de equilíbrio de uma reação inversa é a será descrita no tópico seguinte.

- Cálculo da Constante de equilíbrio

Segundo Usberco & Salvador (2002), o cálculo da constante de equilíbrio foi formulado pela primeira vez pelos noruegueses Guldberg e Waage em 1863 e enunciado como a lei de ação das massas.

Para um equilíbrio homogêneo genérico representado por:

a A + b B ⬄ c C + d D

A expressão da constante de equilíbrio (Kc) é:

[pic 3]

Exemplo:

A formula para calcular Kc da reação: 2 SO3 (g) ⬄ 2SO2 (g) + O2 (g) é:

[pic 4]

- Observações:

- Em equilíbrios heterogêneos em que existam participantes sólidos, eles não devem ser representados na expressão da constante de equilíbrio (Kc), pois suas concentrações são sempre constantes (USBERCO & SALVADOR, 2002);

- Em equilíbrios que ocorrem em meio aquoso, no qual um dos participantes é a água líquida, a concentração da água, em mol/L, não varia; portanto, ela não fará parte da constante de equilíbrio (USBERCO & SALVADOR, 2002).

- Princípio de Le Chatelier

Princípio de Le Chatelier: Quando um fator externo age sobre um sistema em equilíbrio, este se desloca, procurando minimizar a ação do fator aplicado. (FELTRE, 2004, pg.202).

Em 1884 o cientista francês Henri Louis Le Chatelier enunciou um princípio geral conhecido pelo nome Principio de fuga ante a força, ou simplesmente, princípio de Le Chatelier, que defendia a teoria de que quando se exerce uma ação num sistema em equilíbrio (variação de pressão, temperatura, concentração), o sistema se desloca no sentido da reação que neutraliza esta ação.

Nos sistemas que atingiram o equilíbrio químico, as reações opostas ocorrem em velocidades iguais, portanto, qualquer mudança que altere a velocidade de uma das reações causa a perturbação desse equilíbrio, assim, o Princípio de Le Chatelier propicia um meio de prever a influência que os fatores perturbadores têm sobre os sistemas em equilíbrio, sendo válido para todos os tipos de equilíbrios dinâmicos, físicos, iônicos, bem como os químicos. Essas perturbações que desordenam o equilíbrio químico ocorrem devido a variações de concentração, de pressão e de temperatura.

- Deslocamento de Equilíbrio

A partir do momento em que um sistema que está em equilíbrio é perturbado, esse sistema tende a se deslocar no sentido contrário a perturbação, de forma a minimizar os efeitos da ação aplicada.

- Efeito da Concentração

- Adição de um reagente: a reação é forçada a produzir maiores quantidades dos produtos (deslocamento do equilíbrio para a direita). (FELTRE, 2004, pg. 204)

- Adição de um produto: a reação é forçada a produzir maiores quantidades de reagentes (deslocamento do equilíbrio para a esquerda). (FELTRE, 2004, pg. 204)

- Retirada de um reagente: a reação é forçada a produzir maiores quantidades dos próprios reagentes (deslocamento do equilíbrio para a esquerda). (FELTRE, 2004, pg. 204)

- Retirada de um produto: a reação é forçada a produzir maiores quantidades dos próprios produtos (deslocamento do equilíbrio para a direita). (FELTRE, 2004, pg. 204)

Exemplo:

N2O4(g) 2NO2(g) [pic 5][pic 6][pic 7]

[pic 8][pic 9]

- Efeito da Pressão e do Volume

O aumento da pressão total desloca o equilíbrio para o lado do volume menor (ou seja, da menor quantidade total de mols). A redução da pressão total desloca o equilíbrio para o lado de volume maior (ou seja, da maior quantidade de mols). (FELTRE, 2004, pg. 205)

A redução no volume minimiza o efeito da pressão aplicada e o aumento do volume minimiza a redução da pressão. (FELTRE, 2004, pg. 205)

Exemplo:

N2O4(g) 2NO2(g)[pic 10][pic 11][pic 12]

- Efeito da temperatura

O aumento da temperatura desloca o equilíbrio no sentido endotérmico (de modo que a absorção de calor pela reação venha a minimizar a elevação da temperatura). A diminuição da temperatura desloca o equilíbrio no sentido exotérmico (de modo que a liberação de calor pela reação venha a minimizar a diminuição da temperatura). (FELTRE, 2004, pg. 207)

Exemplo:

[pic 13]

Calor + N2O4(g) 2NO2(g) +57,2 KJ[pic 15][pic 14]

[pic 16]

[pic 17][pic 18]

- Efeito de Catalisador

Quando a reação é reversível, a influência do catalisador se faz sentir tanto na reação direta como na reação inversa. (FELTRE, 2004, pg. 207)

O catalisador tem a função de aumentar a velocidade de ocorrência da reação nos dois sentidos (formação de produtos e formação de reagentes). O catalisador acelera a chegada da reação ao ponto de equilíbrio, mas não altera o rendimento obtido por ela nem o valor da constante de equilíbrio, ou seja, o catalisador influência apenas o tempo reacional.