Explicação de equilíbrio químico, fatores, tipos, exemplos

Ele Equilíbrio químico É um estado que atinge as reações químicas reversíveis nas quais nenhuma variação de concentrações, ou reagentes, nem dos produtos envolvidos são produzidos. É caracterizado por ser dinâmico e não estático; isto é, as moléculas ou átomos continuam a reagir, mas mantendo as mesmas concentrações durante o tempo.

Um equilíbrio semelhante também é apresentado em mudanças de fase, embora não haja quebras de link. Por exemplo, um líquido pode estar em equilíbrio com seus vapores, bem como um sólido. Da mesma forma, um sólido estabelece um equilíbrio com as águas que o cercam quando tiver precipitado ou cristalizado.

Na indústria química, o conhecimento do equilíbrio químico é essencial para obter síntese com melhores rendimentos. Fonte: pxhere.

Uma vez estabelecido o equilíbrio químico, não é possível obter mais mudanças ou respostas, a menos que seja interrompido ou afetado por ações externas. É, portanto, na síntese de um produto, vários parâmetros como pressão, volume ou temperatura são modificados, de modo que a quantidade máxima de produto é gerada em equilíbrio.

Caso contrário, em equilíbrio, as quantidades de produtos serão insatisfatórias; isto é, haverá mau desempenho de reação. É por isso que o equilíbrio químico é vital para a indústria química e, em geral, para qualquer síntese, independentemente de sua escala.

No equilíbrio químico, pode haver mais produtos ou mais reagentes. Tudo depende de onde o saldo é deslocado. Levando em consideração vários fatores, você pode mover um equilíbrio em direção a qualquer uma das duas direções da seta dupla na reação reversível.

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Explicação do equilíbrio químico

Antes do equilíbrio

Exemplo de como uma reação está se aproximando de seu equilíbrio. Fonte: OpenStax/CC por (https: // criativeCommons.Org/licenças/por/4.0)

Para entender o que o equilíbrio químico é considerar a seguinte reação reversível:

N₂QUALQUER₄(g) ⇌ Não₂(g)

O gás n₂QUALQUER₄ É incolor, enquanto o gás não₂ apresenta uma coloração marrom ou marrom. Se uma quantidade específica de n for injetada em um pequeno frasco ou recipiente₂QUALQUER₄, Isso será incolor até que o equilíbrio seja estabelecido.

À esquerda da imagem superior, pode -se ver que quase todas as moléculas são de n₂QUALQUER₄ e que a concentração de não₂ É zero.

Também mostram dois gráficos que representam como é a tendência no equilíbrio, com a linha pontilhada apontando a posição no momento em que apenas o n é injetado₂QUALQUER₄. Um gráfico corresponde à concentração vs. Tempo (mão abaixo) e o outro corresponde ao gráfico em velocidade vs. Tempo (mão direita).

A concentração de n₂QUALQUER₄, [N₂QUALQUER₄] (linha azul) diminuirá gradualmente, pois parte dela se dissociará para produzir moléculas de não₂. Assim, sendo a concentração de não₂, [NÃO₂] (linha vermelha) igual a zero no início, em breve aumentará à medida que o n₂QUALQUER₄ Dissociar.

No entanto, é uma reação reversível: parte das moléculas sem moléculas₂ Eles se juntarão para formar n₂QUALQUER₄. Portanto, haverá duas reações, as diretas e as inversas, cada uma com suas próprias velocidades.

Fonte: Slideshare.líquido

Velocidades de reação

A princípio, a velocidade de consumo de n₂QUALQUER₄ é maior que a velocidade de consumo de não₂. Obviamente, tendo apenas n₂QUALQUER₄, as poucas moléculas formadas de não₂ Eles mal conseguem se encontrar para reagir. Neste ponto, o frasco começará a formigar laranja, porque há uma mistura de n₂QUALQUER₄ e não₂.

Pouco a pouco, pois há mais moléculas de não₂ Na estrada e que as n moléculas₂QUALQUER₄ Eles se dissociam, as velocidades das duas reações serão correspondentes, mesmo que as concentrações sejam diferentes. Isto é, não₂] tende a ser maior que [n₂QUALQUER₄], é por isso que a linha vermelha está acima da linha azulada.

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Observe que a velocidade se torna DC/DT, ou seja, a mudança de concentração em relação ao tempo. É por isso que os dois C vs. t e V vs. t não é idêntico.

Em equilíbrio

Uma vez que o par n₂QUALQUER₄-NÃO₂ Defina o equilíbrio, serão obtidas as velocidades de ambas as reações e as seguintes expressões matemáticas serão obtidas:

V_direto = k₁[N₂QUALQUER₄]

V_reverter = k_-1[NÃO₂]²

V_direto = V_reverter

k₁[N₂QUALQUER₄] = k_-1[NÃO₂]²

k₁/k_-1 = [Não₂]²/ [N₂QUALQUER₄]

K_Eq = [Não₂]²/ [N₂QUALQUER₄]

Neste ponto, a estrada será tingida ainda mais que marrom, uma vez que o equilíbrio é mais deslocado para a formação de [não₂]. Isto é, k_Eq, A constante de equilíbrio deve ser maior que 1 levando em consideração o relacionamento mais alto, [não₂]²/ [N₂QUALQUER₄].

Em concentrações de equilíbrio [n₂QUALQUER₄] e não₂] Eles permanecem constantes, com as duas reações acontecendo na mesma velocidade: uma certa quantidade de n é apenas dissociada₂QUALQUER₄, A mesma quantidade será produzida imediatamente devido à reação de uma certa quantidade de não₂.

Por esse motivo, diz -se que o equilíbrio químico é dinâmico: as moléculas n₂QUALQUER₄ e não₂ Eles ainda estão participando de reações, mesmo quando não há mudança em suas concentrações.

E sendo as velocidades iguais de reação para ambos os sentidos, a linha vermelha e azulada nos gráficos V vs. t jogando em uma linha horizontal.

Constante de equilíbrio

A constante de equilíbrio para a reação anterior sempre será a mesma, a uma certa temperatura, independentemente de quanto n₂QUALQUER₄ é injetado no começo da estrada. Isso será assim mesmo que uma mistura de n seja diretamente injetada₂QUALQUER₄ e não₂, Em seguida, saiu em repouso até que o saldo chegue.

Quando o saldo é alcançado e as concentrações são medidas [n₂QUALQUER₄] e não₂], o relacionamento [não₂]²/ [N₂QUALQUER₄] dará o mesmo para k_Eq Para esta reação. Quanto maior é (keq >> 1), mais produtos estarão em equilíbrio. E o menor (keq << 1), más reactivos habrá en el equilibrio.

Concentrações [n₂QUALQUER₄] e não₂] Eles nem sempre vão. Por exemplo, se pequenos volumes forem injetados no frasco, ou se, pelo contrário, forem injetados torrentes desses gases em um reator, as quantidades variam consideravelmente. No entanto, k_Eq Permanecerá o mesmo, desde que a temperatura seja a mesma nos dois processos.

K_Eq É suscetível a mudanças de temperatura: a uma temperatura mais alta, maior valor será. Isto é, a uma temperatura mais alta, em equilíbrio, ele tenderá à formação de mais produtos. Isso é assim, a menos que a reação seja exotérmica, como será explicado na seção a seguir.

Fatores que afetam o equilíbrio químico

Os fatores que afetam o equilíbrio químico em uma reação reversível são: concentração, pressão e temperatura.

- Concentração

Em uma reação reversível, de acordo com o princípio de Le Chatlier, aumentando a concentração de um reagente, haverá um deslocamento do equilíbrio químico à direita, a fim de aumentar a concentração dos produtos de reação.

Pelo contrário, se um produto for adicionado à reação, o equilíbrio químico se moverá para a esquerda, a fim de aumentar a concentração dos reagentes. Se a seguinte reação for tomada como exemplo:

C (s) +O₂(g) ⇌ 2 co (g)

Aumentando a concentração dos reagentes (C e O₂), O equilíbrio se moverá para a direita, isto é, para a formação do produto de monóxido de carbono (CO) (CO). Mas um aumento na concentração de CA produzirá um deslocamento do equilíbrio à esquerda, para aumentar a concentração de C e O₂.

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- Pressão

Em uma reação desenvolvida na fase gasosa, uma variação no volume ou na pressão exercida nos gases envolvidos nela produzirá uma alteração na balança, dependendo do número de moles dos reagentes e dos produtos.

Se os componentes de uma reação (reagentes e produtos) têm diferenças no número de toupeiras envolvidas em uma reação, por exemplo, a dimerização do dióxido de nitrogênio (não₂):

2 não₂(g) ⇌₂QUALQUER₄(g)

Um aumento na pressão exercida na reação em uma fase gasosa, uma conseqüência de uma diminuição ou não do volume da reação, causará um deslocamento do equilíbrio químico ao lado que tem menos toupeiras de gás. Neste exemplo: Produto n₂QUALQUER₄.

Pelo contrário, uma diminuição na pressão produzirá um deslocamento de equilíbrio para o lado da reação que possui o maior número de moles de gás. No exemplo dado, ele se moverá em direção aos reagentes (não₂), A fim de neutralizar a diminuição da pressão.

Se em uma reação de fase de refrigerante os moles dos reagentes forem iguais às moles dos produtos, as mudanças na pressão não afetarão o equilíbrio químico.

- Temperatura

Reação endotérmica

Em uma reação endotérmica, o calor pode ser considerado um reagente, uma vez que seu suprimento é necessário para que a reação ocorra:

A +q ⇌ b

Q = Calor fornecido

Portanto, em uma reação endotérmica quando a temperatura aumenta, o equilíbrio se moverá para a direita. Enquanto isso, quando a temperatura diminui, o equilíbrio se move para a esquerda.

O calor fazendo parte dos reagentes, para consumi -lo para se transformar em B.

Reação exotérmica

Em uma reação exotérmica, o calor é gerado, sendo este um produto da reação:

A ⇌ b +q

Em uma reação exotérmica quando a temperatura aumenta, o equilíbrio se moverá para a esquerda (reagentes), uma vez que a produção de calor aumenta. Enquanto isso, quando a temperatura diminuir, o saldo se moverá para a direita (produtos).

O calor faz parte dos produtos, quando a temperatura aumentar, não haverá necessidade de contribuir com mais calor para o meio ambiente. E, portanto, o equilíbrio procurará tirar proveito do calor extra para produzir mais reagentes; Nesse caso, mais de.

Tipos de equilíbrio químico

Dependendo do estado físico dos componentes da reação, o equilíbrio químico pode ser homogêneo ou heterogêneo.

Equilíbrio homogêneo

Neste tipo de equilíbrio, todos Reagentes e produtos têm a mesma fase ou status líquido. Por exemplo:

N₂(g) +3 h₂(g) ⇌ 2 NH₃(g)

Aqui está assim₂, como h₂ e o NH₃ São substâncias gasosas.

Equilíbrio heterogêneo

Existe quando não todos Reagentes e produtos têm a mesma fase ou condição física. Por exemplo:

2 Nahco₃(s) ⇌ Na₂Co₃(s) +CO₂(g) +h₂O (G)

Aqui temos o Nahco₃ e na₂Co₃ como sólidos e o CO₂ e h₂Ou como gases ou vapores.

Exemplos de equilíbrio químico

Dissociação do ácido acético na água

Ácido acético, CHO₃Cooh, dissocia -se na água que estabelece um equilíbrio:

CH₃COOH (AC) + H₂Ou (L) ⇌ CHO₃COO^-(AC) + H₃QUALQUER⁺(AC)

Reação cuja constante de equilíbrio é chamada de acidez constante.

Isomerizaçãoqualquern do butano

O gás n-Butano pode ser isomerizado de acordo com a seguinte reação reversível para produzir o isômero isômero:

CH₃CH₂CH₂CH₃(g) ⇌ CHO₃Ch (cap₃)₂(g)

Formação de óxido nítrico na atmosfera

Na atmosfera, o óxido nítrico pode ser formado, embora muito pouco, a partir de nitrogênio e oxigênio do ar:

N₂(g) + ou₂(g) ⇌ 2no (g)

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O K_Eq Desta reação é 2,10^-31 a 25 ºC, então uma quantidade desprezível de não será formada.

ReaçãoqualquerN de compromisso de prata com AmonYoAC

Íons de prata, AG⁺, Eles podem ser concluídos com a amônia de acordo com a seguinte reação reversível:

AG⁺(Sol) + 2NH₃(L) ⇌ [Ag (NH₃)₂]⁺(sol)

Exercícios resolvidos

Exercício 1

Que tipo de equilíbrio químico corresponde à seguinte reação?

2nocl (g) ⇌ 2no (g) + cl₂(g)

Esta reação corresponde a um equilíbrio homogêneo, já que todas as substâncias envolvidas, nocl, não e cl₂, Eles são gases.

Exercício 2

Para a mesma reação de cima, que mudança de equilíbrio poderia ser esperada se a pressão aumentasse repentinamente?

Vamos contar as toupeiras dos reagentes:

2nocl

Temos 2 moles de nocl. Agora vamos dizer às toupeiras dos produtos:

2no + cl₂

Temos três toupeiras: dois de não, e um de cl₂. Existem mais toupeiras gasosas na lateral dos produtos. Portanto, um aumento na pressão fará com que o equilíbrio vá para o lado esquerdo, em direção à formação de NOCL. Dessa maneira, o sistema procura suavizar os efeitos da pressão favorecendo a formação de NOCL e não de não e cl₂.

Exercício 3

Para a mesma reação de cima, suponha que um volume considerável de CL seja subitamente injetado₂. O que acontecerá para equilibrar?

Ao adicionar cl₂ Para o reator ou recipiente, sua concentração está aumentando como um produto da reação. E, portanto, o equilíbrio voltará para a esquerda, para formar mais Nocl.

Exercício 4

Se a dissociação de nocl a 227 ºC tiver uma constante de 4 equilíbrio de 4.5 · 10^-4, Que direção é o balanço deslocado?

Novamente, sendo k_Eq Menos de 1 (4.5 · 10^-4 < 1), en el equilibrio se espera que haya más NOCl que NO o Cl₂, já que é deslocado para a esquerda.

Exercício 5

De acordo com a seguinte reação em equilíbrio:

[CO (Oh₂)₆]²⁺(AC) +4Cl^-(AC) +q ⇌ [cocl₄]^2-(AC) +6h₂Ou (l)

E sabendo que o complexo [co (oh₂)₆]²⁺ É rosa e que o complexo é [cocl₄]^2- É azulado, que mudanças você esperaria ver se aquece um recipiente com [co (oh₂)₆]²⁺? O que você esperaria ver se depois de aquecer o recipiente, eu o colocaria em um banheiro com gelo?

A reação é endotérmica, pois absorve o calor que é um reagente. Portanto, ao aquecer o recipiente com [co (oh₂)₆]²⁺, O equilíbrio se moverá para a direita, em direção à formação de [cocl₄]^2-. Uma mudança de coloração rosa azulada será.

Então, se o recipiente de coloração azul₄]^2- Ele é colocado em um banheiro com gelo, a reação agora se moverá para a esquerda, em direção à formação de CO (oh₂)₆]²⁺:

[Cocl₄]^2-(AC) +6h₂Ou (l) ⇌ [co (oh₂)₆]²⁺(AC) +4Cl^-(AC) +Q

Isso ocorre porque a reação reversa é exotérmica, tendo o calor que como um produto. Portanto, ao resfriar o recipiente com [cocl₄]^2- Azul, o complexo [co (oh (oh₂)₆]²⁺, E a cor rosa vai reaparecer.

Referências

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