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Aprenda sobre o fenômeno que ocorre nas reações químicas reversíveis entre reagentes e produtos
25 ago 2022 - 15h00 (atualizado em 26/8/2022 às 10h39) A maioria das reações químicas termina quando acaba a quantidade de reagentes. Alguns processos não se completam. O fato disso ocorrer pode ser explicado pela reversibilidade da reação. Após formar os produtos, esses produtos voltam a formar os reagentes originais. Se isso não ocorrer, essas reações não chegarão ao final e atingirão um equilíbrio químico.
 Equilíbrio químico é responsável por estudar as reações reversas (Imagem: Shutterstock) Foto: Portal EdiCase Reação reversívelOcorre simultaneamente nos dois sentidos. Ao mesmo tempo, os reagentes se transformam em produtos e os produtos se transformam em reagentes. Equilíbrio homogêneoTodas as substâncias estão na mesma fase (estado físico). Normalmente ocorrem em sistemas gasosos e aquosos. Equilíbrio heterogêneoAs substâncias estão em fases diferentes. Normalmente, envolvem substâncias sólidas e líquidas.
Fórmula da Lei da Ação das Massas Foto: Shutterstock / Portal EdiCase Constante de equilíbrio (Kc)Constante equilíbrio em função das concentrações. É dada pela divisão das concentrações dos produtos pela concentração dos reagentes da reação direta, elevados a expoentes iguais aos seus coeficientes estequiométricos da reação química. A fórmula é a Lei da Ação das Massas (Guldberg-Waage). Deslocamento do equilíbrioÉ toda e qualquer alteração da velocidade da reação direta ou da reação inversa, causando modificações nas concentrações das substâncias e levando o sistema a um novo estado de equilíbrio químico. Durante as modificações, os valores de todas as concentrações são alterados, porém o valor de Kc mantém-se o mesmo. +Os melhores conteúdos no seu e-mail gratuitamente. Escolha a sua Newsletter favorita do Terra. Clique aqui!
Você sabe o que é equilíbrio químico? Ainda tem dúvidas sobre o assunto? Hoje você vai aprender tudo que precisar saber sobre isso para arrasar na sua prova de química!
Entenda o que é equilíbrio químicoO equilíbrio químico ocorre quando, em uma reação reversível, a velocidade da reação direta é igual à velocidade da reação inversa. Uma vez atingido o estado de equilíbrio, as concentrações de reagentes e produtos permanecem constantes. Consideremos a equação genérica: onde v1 é a velocidade da reação direta e v~2~ a velocidade da reação inversa. Esse estado é alcançado, em outras palavras, quando a concentração de reagentes e produtos permanece constante. Observe: No início, v~1~ é o máximo porque as concentrações de A e B apresentam valores máximos, enquanto v~2~ é igual a zero, porque C e D ainda não foram formados. À medida que a reação ocorre, A e B diminuem, e C e D aumentam, portanto, v~1~ diminui e v~2~ aumenta, até que as duas velocidades se igualem. No instante em que v~1~ = v~2~, podemos dizer que o sistema atinge o estado de equilíbrio. Atingido o estado de equilíbrio, a reação química continua a ocorrer (nível microscópico) nos dois sentidos, com a mesma velocidade e, portanto, as concentrações de reagentes e produtos ficam constantes. Por isso, podemos dizer que o equilíbrio é um equilíbrio dinâmico. Ao considerarmos o sistema como um todo (nível macroscópico), aparentemente a reação “parou” de acontecer, porque as concentrações de reagentes e produtos permanecem inalterados indefinidamente. Para que o estado de equilíbrio possa ser atingido, é necessário que:
Agora que você já sabe o que é equilíbrio químico, veja abaixo a classificação do equilíbrio, como calcular o grau dele, o Princípio de Le Chatelier e muito mais. ClassificaçãoOs equilíbrios químicos podem ser classificados em homogêneos e heterogêneos. Equilíbrio HomogêneoÉ aquele em que todos os participantes se encontram em uma única fase. Portanto, classificamos o sistema como sendo homogêneo. H~2~(g) + I~2~(g) H+(aq) + CN–(aq) Equilíbrio HeterogêneoÉ aquele em que os participantes se encontram em mais de uma fase. Portanto, classificamos o sistema como sendo heterogêneo. CO~2~(g) Constante de equilíbrio químicoAs constantes de equilíbrio são determinadas com base nas concentrações, em mol/L, das espécies químicas envolvidas e são representadas por K~C~. Observe o exemplo a seguir: 2 Fe(s) + 3 Cu2+(aq) 2 Fe3+(aq) + 3 Cu(s) Podemos utilizar a seguinte fórmula para calcularmos o Kc: Assim: K~C~ = [Fe3+] 2 Observações: a) A constante de equilíbrio K~c~ varia com a temperatura; b) Quanto maior o valor de K~c~, maior o rendimento da reação, já que no numerador temos os produtos e no denominador os reagentes. Portanto, comparando valores de K~c~ em duas temperaturas diferentes, podemos saber em qual destas a reação direta apresenta maior rendimento; c) O valor numérico de K~c~depende de como é escrita a equação química. Por exemplo: Por este motivo devemos escrever sempre a equação química junto com o valor de K~c.~ d) A constante de equilíbrio é adimensional, ou seja, não possui unidade. Constante de Equilíbrio em Termos das Pressões Parciais (Kp)Quando os componentes do equilíbrio são substâncias gasosas, além da constante K~c~, podemos expressar a constante de equilíbrio em termos de pressões parciais (K~p~). Assim para a reação: aA~(g)~ + bB~(g)~ cC~(g)~ + dD~(g)~ a constante de equilíbrio pode ser expressa na seguinte fórmula: constante de equilíbrio em termos de pressões parciais K~p~ Portanto, concluímos que K~p~ é a razão entre o produto das pressões parciais dos produtos gasosos e o produto das pressões parciais dos reagentes gasosos, estando todas as pressões elevadas a expoentes iguais aos respectivos coeficientes, na equação química balanceada. Por exemplo: H~2(g)~+ I~2(g)~ Observação: Para equilíbrio em sistema heterogêneo, o estado sólido não participa das expressões K~p~ e K~c~, o estado líquido participa somente de K~c~, e o estado gasoso participa das duas expressões. A relação entre as constantes, K~C~ e Kp pode ser expressa genericamente por: Onde: n → variação da quantidade em mols (diferença entre a quantidade em mols dos produtos e reagentes). K~c~ → constante de equilíbrio em termos de concentração molar. K~P~ → constante de equilíbrio em termos das pressões parciais. T → temperatura absoluta. R → constante dos gases. Grau de equilíbrio (α)O grau de equilíbrio é a relação entre a quantidade de matéria (em mol) que reagiu e a quantidade de matéria inicial no sistema para cada espécie. Considere o exemplo a seguir: Exemplo: Consideramos a reação x → y + z, em que, no início, encontramos 2,00 mols de x e no equilíbrio são encontrados 0,80 mols de x sem reagir. Concluímos, então, que reagiu 2,00 – 0,80 = 1,20 mols de x. O grau de equilíbrio fica: Concluindo, podemos dizer que, quanto maior o valor de α no equilíbrio, encontramos menor sobra de reagentes em maior quantidade de produtos. Quanto menor o valor de α no equilíbrio, encontramos muita sobra de reagentes e pouco produto. Espontaneidade de uma reação e o valor de KcPrincípio de Le Chatelier“Quando uma força externa age sobre um sistema em equilíbrio, este se desloca, procurando anular a ação da força aplicada.” Um equilíbrio pode ser alterado por modificações nas concentrações das substâncias, na pressão ou na temperatura a) pressão sobre o sistema; b) temperatura; c) concentração dos reagentes ou produtos. Fatores que alteram o estado de equilíbrioEfeito da pressãoUma modificação na pressão em um sistema só altera o equilíbrio quando há variação do(s) coeficiente(s) estequiométrico(s) dos gases nos produtos em relação aos reagentes. De maneira geral: Diminuição da pressão favorece o sentido com maior quantidade em mol de gás (maior volume) Exemplo: Efeito da temperaturaO aumento de temperatura de um sistema em equilíbrio favorece mais o sentido da reação endotérmica. A diminuição de temperatura de um sistema em equilíbrio, no entanto, favorece o sentido da reação exotérmica. Lembre-se de que ΔH >0 indica que o processo é endotérmico, já ΔH < 0, que o processo é exotérmico. Exemplo: Agora, seja a reação hipotética, sob pressão e concentração constantes: Efeito da concentraçãoA adição de uma substância (reagente ou produto) em um equilíbrio, de modo geral, favorece o sentido de consumo dessa substância. Analogamente, a remoção de uma substância em um equilíbrio, de modo geral, favorece o sentido da formação dessa substância. Efeito do catalisadorOs catalisadores aceleram igualmente as reações direta e inversa, de forma que nenhum dos sentidos do equilíbrio é favorecido. A presença de um catalisador fará com que o sistema atinja o equilíbrio mais rapidamente. Agora que você já sabe o que é equilíbrio químico, faça os exercícios abaixo para treinar o conhecimento que acabou de adquirir! Exercícios sobre o que é equilíbrio químicoPratique tudo que aprendeu sobre o que é equilíbrio químico nos três exercícios abaixo. 1. (UFPB) No mundo atual, são produzidas milhões de toneladas de compostos nitrogenados, entre os quais os fertilizantes são os mais importantes pelo papel que desempenham na produção de alimentos. Esses adubos agrícolas nitrogenados são fabricados a partir da amônia, que é produzida industrialmente através da síntese de Haber-Bosch, descrita pela seguinte equação: N~2~(g) + 3 H~2~(g) NH~3~(g) ∆H = -113 kJ/mol Considerando a equação e a condição de equilíbrio do sistema, é correto afirmar que o rendimento da produção de amônia: 2. (Fuvest-SP) A reforma do gás natural com vapor de água é um processo industrial de produção de hidrogênio, em que também se gera monóxido de carbono. O hidrogênio, por sua vez, pode ser usado na síntese de amônia, na qual reage com nitrogênio. Tanto a reforma do gás natural quanto a síntese da amônia são reações de equilíbrio. Na figura, são dados os valores das constantes desses equilíbrios em função dos valores da temperatura. A curva de K~1~ refere-se à reforma do gás natural e a de K~2~, à síntese da amônia. As constantes de equilíbrio estão expressas em termos de pressões parciais, em atm. a) Escreva a equação química balanceada que representa a reforma do principal componente do gás natural com vapor de água. 3. (Fatec-SP) O gráfico ao lado mostra como varia a constante de equilíbrio (K~C~) em função da temperatura para a reação de síntese da amônia. A respeito dessa transformação química, as seguintes afirmações foram feitas: I.A diminuição da temperatura aumenta o rendimento da reação. a)
I e II. Gabarito1. C 2. a) O principal componente do gás natural é o metano, portanto, a equação química que representa a reforma do principal componente do gás natural com vapor de água é: 3 H~2~(g) + CO(g) b) Pela análise do gráfico, a constante de equilíbrio a 450 °C é K~1~ = 1,2 . 10-3 atm~2~ . Com os dados fornecidos, pode-se calcular o quociente de equilíbrio: Como Qc = K~1~ , o sistema está em equilíbrio químico. c) Pelo Princípio de Le Châtelier, a reação exotérmica é favorecida pela diminuição da temperatura. A análise do gráfico mostra que a constante cujo valor aumenta com a diminuição da temperatura é K~2~, que se refere à síntese da amônia. 3. B O que ocorre com as velocidades direta e inversa de uma reação reversível qualquer no equilíbrio e com as concentrações das substâncias participantes?As reações direta e inversa ocorrem em velocidades diferentes, mas tendem a se igualar. Quando ambas as velocidades das reações direta e inversa se tornam iguais, e, portanto, as concentrações de todas as substâncias da reação permanecem constantes, diz-se que a reação atingiu seu equilíbrio químico.
Qual e a relação da velocidade direta com a inversa no equilíbrio?1- Resumo de equilíbrio químico
Velocidade da reação direta é sempre igual à da inversa.
O que ocorre com a velocidade da reação direta e inversa?Enquanto uma reação química avança, a velocidade de reação direta (entre os reagentes para formar os produtos) diminui, porque a concentração dos reagentes diminui, e a velocidade de reação inversa (entre os produtos para formar os reagentes de novo) aumenta, devido ao aumento nas concentrações dos produtos.
Como ocorre o fenômeno de equilíbrio em reações reversíveis explicando a diferença entre reação direta e reação inversa?O equilíbrio químico é um fenômeno que acontece nas reações químicas reversíveis entre reagentes e produtos. Quando uma reação é direta, está transformando reagentes em produtos. Já quando ela ocorre de maneira inversa, os produtos estão transformando-se em reagentes.
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O que ocorre com as velocidades direta e inversa de uma reação reversível qualquer no equilíbrio?
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