1.2. Equilíbrio químico e extensão das reações químicas

• Serão todas as reações químicas completas?

  
• Reação química completa


  • Ocorre o esgotamento de, pelo menos, um dos reagentes
  • É irreversível
• Reação química incompleta


  • Contém na mistura reacional todos os reagentes e produtos
  • É, tipicamente, reversível (mas algumas são irreversíveis)

  
• Se uma reação é irreversível, não é possível voltar a obter os reagentes utilizando os produtos
• Como ocorrem as reações incompletas reversíveis


  1. No início, apenas existem os reagentes, cuja quantidade vai diminuindo para formar produtos

  2. Pouco depois, os reagentes continuam a gastar-se, mas diminui a velocidade de formação dos produtos e os produtos começam a formar os reagentes

  3. Após algum tempo, atinge-se o equilíbrio químico. A nível macroscópico não se observa nenhuma diferença (cor, concentração, pressão, temperatura...)

  4. A nível molecular os reagentes formam produtos à mesma velocidade que os produtos formam os reagentes

  
• Equilíbrio químico


  Estado de um sistema fechado em que, macroscopicamente, não se registam variações de propriedades físicas e químicas
• Numa reação completa


  Pelo menos um dos reagentes vai se esgotar completamente (concentração final = 0)
• Numa reação reversível


  Nenhum dos reagentes se esgota e atinge-se o equilíbrio quando as concentrações permanecem constantes

  
• Equilíbrio químico dinâmico


  A reação química ocorre sempre, mas como as velocidades das reações direta e inversa são iguais, as concentrações mantêm-se constantes

  
• No equilíbrio químico: velocidade da reação direta = velocidade da reação inversa, concentrações de reagente e produtos ficam constantes

  
• Equilíbrio químico homogéneo


  Reagentes e produtos estão na mesma fase
• Equilíbrio químico heterogéneo


  Pelo menos, um produto ou reagente está numa fase diferente
• Como se calcula as quantidades de reagentes e produto em equilíbrio

  1. Consideramos os coeficientes estequiométricos

  2. Fazemos uma tabela IVE (início, variação e equilíbrio)

  
• Constante de equilíbrio (Kc)


  • Não tem unidades
  • Varia apenas com a temperatura
  • Pode ter um valor muito diferente para cada reação química
  • Kc = [produtos]^coeficientes / [reagentes]^coeficientes

  
• Quando a água é o solvente, a sua suposta "concentração" não entra no cálculo de Kc
• Se invertermos a escrita da equação química

  Kc da reação direta é inversamente proporcional à da reação inversa

  
• Se o total dos coeficientes estequiométricos dos reagentes e produtos for igual, o Kc não depende do volume reacional

  
• Significado da constante de equilíbrio

  • Kc >> 1: Maior extensão no sentido direto, [Produtos] >> [Reagentes]
  • Kc ≈ 1: Igual extensão em ambos os sentidos, [Produtos] ≈ [Reagentes]
  • Kc << 1: Maior extensão no sentido inverso, [Reagentes] >> [Produtos]
• A única forma de alterar Kc é modificar a temperatura, logo só a temperatura altera a extensão de uma reação
• Quociente de Reação (Q)


  Tem uma expressão igual à de Kc, mas os valores das concentrações podem corresponder a situações de não equilíbrio

  
• Q = Kc


  O sistema já está em equilíbrio químico
• Q < Kc


  A reação evolui no sentido direto (→), pois para Q se aproximar de Kc terá de ↑ [produtos] e ↓ [reagentes]
• Q > Kc


  A reação evolui no sentido inverso (←), pois para Q se aproximar de Kc terá de ↓ [produtos] e ↑ [reagentes]
• Num sistema em equilíbrio a uma dada temperatura, a velocidade da reação direta e a da reação inversa são iguais e as concentrações das espécies mantêm-se constantes

  
• Quociente de Reação


  A partir do Q podemos prever em que sentido vai evoluir a reação (direto ou inverso) até atingir o equilíbrio químico

  
• Q = Kc: o sistema já está em equilíbrio químico
• Q < Kc: a reação evolui no sentido direto (→), pois para Q se aproximar de Kc terá de ↑ [produtos] e ↓ [reagentes]
• Q > Kc: a reação evolui no sentido inverso (←), pois para Q se aproximar de Kc terá de ↓ [produtos] e ↑ [reagentes]
• Prever o sentido dominante da reação

  Com base na comparação do valor do quociente da reação, num determinado instante, com o valor da constante de equilíbrio da reação química considerada à temperatura a que decorre a reação

  
• Princípio de Le Châtelier

  Num sistema em equilíbrio a uma dada temperatura, a velocidade da reação direta e a da reação inversa são iguais e as concentrações das espécies mantêm-se constantes

  
• Fatores que podem alterar o estado de equilíbrio de uma mistura reacional

  • concentração das substâncias
  • pressão / volume (se houver componentes gasosos)
  • temperatura
• Princípio de Le Châtelier

  Se num sistema em equilíbrio se introduzir uma perturbação, o sistema vai reagir no sentido de contrariar essa perturbação, até atingir um novo equilíbrio
• Adicionar reagente(s)


  A reação evolui no sentido direto (→)
• Remover produto(s)


  A reação evolui no sentido direto (→)
• Adicionar produto(s)


  A reação evolui no sentido inverso (←)
• Remover reagente(s)


  A reação evolui no sentido inverso (←)
• Ao adicionar reagente, a reação evolui no sentido de o gastar (→). Isso não significa que se gasta todo o reagente adicionado, será atingido um novo equilíbrio respeitando as proporções estequiométricas

  
• Efeito da Pressão / Volume


  A alteração da pressão só altera o equilíbrio de reações se: 1. houver substâncias gasosas em sistema fechado. 2. e se o total de coef. estequiométricos dos gases dos reagentes seja diferente da dos produtos
• Diminuir Volume


  Aumenta Pressão
• Aumentar Volume


  Diminui Pressão