Upload
others
View
6
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Aula 10
Equilíbrio Químico
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Departamento Acadêmico de Química e Biologia
Dr. Tiago P. Camargo
Introdução...
Segunda Guerra Mundial (sec. XX) → compostos nitrogenados
• Apenas produzidos a partir de jazidas no Chile;
• Logística de suprimentos;
• Fritz Haber – Capaptação do nitrogênio do ar
Reações ocorriam até certo ponto.. Como interpretar isto..?
• Para uma reação em equilíbrio as reações inversa e direta continuam a ocorrer, mas a quantidade dos reagentes/produtos permanece a mesma.
Equilíbrio Químico
Reversibilidade das reações – Algumas reações ocorrem totalmente, enquanto outras até certo ponto. Veremos o exemplo de Haber.
2( ) 2( ) 3( )3 2Fe
g g gN H NH+ ⎯⎯→
3( ) 2( ) 2( )2 3Fe
g g gNH N H⎯⎯→ +
Com o aumento de [NH3] → A velocidade da reação inversa aumenta
No momento em que as quantidades dos reagentes/prod. permanecem inalteradas a velocidade da reação direta e inversa são iguais.
2( ) 2( ) 3( )3 2g g gN H NH⎯⎯→+ ⎯⎯
Equilíbrio Químico
Todos equilíbrios são dinâmicos – As reações continuam ocorrendo ainda que não seja visível nenhuma mudança aparente
Equilíbrios são sujeitos a mudanças de temperatura e pressão.
2 4( ) 2( )2S gN O NO⎯⎯→⎯⎯
Equilíbrio Químico
Guldberg (Math) Waage (Chem) – Executaram experimentos com a reação entre SO2 e O2.
2( ) 2( ) 3( )2g g gSO O SO⎯⎯→+ ⎯⎯
05 Experimentos → Diferentes quantidades dos 3 gases. E após algum tempo foram determinadas as pressões parciais a 1000 K.
Resultados não faziam sentido..!!
Equilíbrio Químico
Guldberg (Math) Waage (Chem) – Executaram experimentos com a reação entre SO2 e O2.
2( ) 2( ) 3( )2g g gSO O SO⎯⎯→+ ⎯⎯
Eles perceberam que a relação matemática era obedecida e que o valor “K” era praticamente igual.
Onde → Px = pressão parcial e P0 = pressão total
Equação simplificada
Equilíbrio Químico
Guldberg (Math) Waage (Chem) – Observaram valores semelhantes de K para cada mistura.
Isto demonstra que o valor “K” é característico de cada reação em seu equilíbrio → Lei da ação das massas.
equilibrio
pressão parcial dos produtosK
pressão parcial dos reagentes
=
Em uma reação genérica:
Se todos os gases foram tratados como ideais:
Equilíbrio Químico
Exemplo 01: Lei de equilíbrio da reação
2( ) 2( ) 3( )3 2g g gN H NH⎯⎯→+ ⎯⎯
Construir a equação de equilíbrio para a síntese da amônia.... ???
Equilíbrio Químico
Exemplo 01: Lei de equilíbrio da reação
2( ) 2( ) 3( )3 2g g gN H NH⎯⎯→+ ⎯⎯
Montando a equuação:
Equilíbrio Químico
Expressão da constante de equilíbrio: Conceito de Atividade
3( ) ( ) 2( )s s gCaCO CaO CO⎯⎯→ +⎯⎯2COK P=
( ) 4( )( ) 4 ( )g gNi s CO Ni CO⎯⎯→+ ⎯⎯4( )
4( )
Ni CO
CO
PK
P=
Na maioria dos casos lidamos em laboratório com soluções diluídas, mas em casos comconcentrações mais elevadas a concentração real é diferente da efetiva. Nestes casos usa-se umoutro tipo de medida, a Atividade.
Conceito atividade – Medida de concentração que leva em conta interação entre solutos.
Equilíbrio Químico
Origem Termodinâmica – A equação da lei das massas foi deduzida empíricamente, porém hoje sabemos que ela possui base termodinâmica.
Reações químicas tendem a ocorrer expontâneamente até o equilíbrio, mas a direção depende da mistura de reação
• Mistura da reação ainda não formou produtos (antes do Equilíbrio) → ΔG 0 Para a reação direta .
• Mistura da reação com excesso de produtos (antes do Equilíbrio) → ΔG 0 Para a reação inversa .
• Reação em equilíbrio, não existe tendência de expontaneidade em nenhuma direção → ΔG = 0 Para a reação inversa .
Equilíbrio Químico
Origem Termodinâmica – A equação da lei das massas foi deduzida empíricamente, porém hoje sabemos que ela possui base termodinâmica.
Claramente o valor de ΔG varia ao longo de uma reação, até o momento em que o equilíbrio é atingido e ΔG = 0
O valor de ΔG é determinado pela diferença entre as energias livres de Gibbs para os produtos e seus reagentes
( ) ( ) ( )rG nG produtos nG reagentes quilojoules por mol = −
O valor de ΔG é a diferença entre as energias livres de Gibbs molar em um momento qualquer da reação e o ΔG0 e determinado apenas em seus estados padrão
Estado padrão – em sua forma pura e 1 mol.L-1 ou 1 bar (gases)
Equilíbrio Químico
Origem Termodinâmica – A equação da lei das massas foi deduzida empíricamente, porém hoje sabemos que ela possui base termodinâmica.
0 lnr rG G RT Q = +
c d
a b
C DQ
A B=
Esta equação demonstra que que a energia de Gibbs varia com as atividades ao longo de uma reação fora do equilíbrio. A expressão Q tem a mesma forma de K, mas se refere a momentos fora do equilíbrio.
No Equilíbrio Q = K ; e também ΔG = 0
0
0
0 ln
ln
r
r
G RT K
G RT K
= +
= −
Se ΔG (-) → K (+) e os produtos são favoráveis e K > 1
Se ΔG (+) → K (-) e os reagentes são favoráveis e K < 1
Equilíbrio Químico
Experimentalmente – Como saber se uma reação no laboratório está em equilíbrio
Primeiramente calcular o valor da constante atravéz da equação 0 lnrG RT K = −
Depois calcular o valor de “Q” pelo conhecimento a partir da composição real da mistura.
Se Q < K, ΔG (-) → e a reação segue na direção os produtos;
Se Q = K, ΔG = 0 → Reação em equilíbrio;
Se Q > K, ΔG (+) → e a reação inversa é a expontânea, e os produtos tendem a se decompor nos reagentes.
Equilíbrio Químico
Resposta do equilíbrio a mudanças de condições...
Princípio de Le Chatelier: Quando uma perturbação exterior é aplicada a um sistema em equilíbrio dinâmico, ele tende a se ajustar para reduzir ao mínimo o efeito da perturbação.
aA bB cC dD⎯⎯→+ +⎯⎯
c d
a b
C DK
A B=
Adição de reagentes → o que acontece com K....?
Remoção de produtos o que acontece com K....?
Exercícios
Balanceie as seguintes equações usando os menores coeficientes de números inteiros, depois escreva a expressão de equilíbrio Kc para cada reação:
Use os dados a seguir, coletados a 460 ° C, e são pressões parciais de equilíbrio, para determinar K para
a reação:
(a) Calcule a energia livre de Gibbs na reação de N2(g) + 3 H2(g)→ 2 NH3(g) quando as
pressões parciais de N2, H2 e NH3 são 4,2 bar, 1,8 bar e 21 bar, respectivamente, a
uma temperatura de 400 K. Para esta reação, K = 41 a 400 K. (b) Indique se esta
mistura reacional é deve formar reagentes, formar produtos, ou está em equilíbrio.