Equilíbrio Químico | Fatores, Descolamento e Exemplos

Diversas reações acontecem completamente, ou seja, até que pelo menos um dos reagentes seja consumido até o fim. Essas reações são irreversíveis, como ocorre, por exemplo, quando queimamos um palito de fósforo.

Outros sistemas, por outro lado, apresentam reações direta e inversa ocorrendo ao mesmo tempo. Esses sistemas são conhecidos como reversíveis e são representados no equilíbrio químico por meio de duas flechas com sentidos opostos - uma indica o sentido direto da reação (da esquerda para a direita) e a outra indica o sentido inverso da reação (da direita para a esquerda): ⇄. Podemos também representar o equilíbrio químico por meio de uma única flecha com duas setas: ↔.

Como exemplo de uma reação reversível, temos a água líquida contida em um recipiente fechado, onde as suas moléculas passam continuamente do estado líquido para vapor e do vapor para o líquido, conforme a equação química abaixo:

H₂O _(l) ↔ H₂O _(v)

Após certo tempo, a velocidade de vaporização, que ocorre no sentido direto, se iguala à velocidade de condensação, que ocorre no sentido inverso. Isso significa que o sistema atingiu o equilíbrio químico.

Uma reação reversível nunca se completa em um só sentido. No equilíbrio químico, as concentrações de H₂O _(l) e H₂O _(v) não se alteram mais, pois as velocidades direta e inversa são iguais.

Graficamente, podemos representar um equilíbrio químico da seguinte forma:

O gráfico mostra que a velocidade inicial da reação direta é máxima, já que a concentração dos reagentes é máxima. À medida que o tempo passa, a velocidade da reação direta vai diminuindo, pois a concentração de reagentes diminui, enquanto a concentração dos produtos aumenta - ampliando, com isso, a velocidade da reação inversa. Ao atingir o equilíbrio químico, as velocidades direta e inversa se igualam.

📚 Você vai prestar o Enem 2020? Estude de graça com o Plano de Estudo Enem De Boa 📚

O grau de equilíbrio (α) de um reagente é igual a quantidade de mol consumida dividida pela quantidade de mol inicial desse reagente, conforme a expressão abaixo:

O grau de equilíbrio não possui unidade de medida, mas pode ser multiplicado por 100 e expresso em porcentagem.

Considere a seguinte equação química genérica:

a A + b B ↔ c C + d D

Admitindo que a reação seja elementar, isto é, que ocorra em uma só etapa, as seguintes expressões da lei da ação das massas podem ser escritas para os dois sentidos da reação:

• Sentido direto: v₁ = k₁ [A]^a [B]^b
• Sentido inverso: v₂ = k₂ [C]^c [D]^d

Ao atingir o equilíbrio químico, v₁ e v₂ se igualam. Podemos, então, igualar as expressões acima:

v₁ = v₂

k₁ [A]^a [B]^b = k₂ [C]^c [D]^d

$${k₁ \over k₂} = {[C]^c [D]^d \over [A]^a [B]^b}.$$

Considerando \({k₁ \over k₂} = K_C\), temos que a constante de equilíbrio (K_c) da reação, em termos de concentrações, é:

/({k_C}= {[C]^c [D]^d \over [A]^a [B]^b}./)

Observação: Em equilíbrios químicos heterogêneos em que existam reagentes ou produtos sólidos, eles não devem ser inseridos na expressão da constante de equilíbrio (K_c), pois suas concentrações serão sempre constantes. Em equilíbrios químicos que acontecem em aquosos, a concentração da água líquida não varia, logo, ela também não será inserida na expressão de K_c.

Se K_c > 1: o valor de K_c será maior do que 1 quando a concentração dos produtos for maior do que a dos reagentes, o que significa que a reação direta prevalece sobre a inversa. Em outras palavras, quanto maior for o valor de K_c, maior será a extensão da ocorrência da reação direta.

Se K_c < 1: o valor de K_c será menor do que 1 quando a concentração dos reagentes for maior do que a dos produtos, o que significa que a reação inversa prevalece sobre a reação direta. Em outras palavras, quanto menor for o valor de K_c, maior será a extensão da ocorrência da reação inversa.

As unidades de K_c serão diferentes para cada equação química e dependerão da sua respectiva expressão matemática. Exemplos:

PCl_{5 (g)} ↔ PCl_{3 (g)} + Cl_{2 (g)}

N_{2 (g)} + 3 H_{2 (g)} ↔ 2 NH_{3 (g)}

Quociente de equilíbrio (Q_c) consiste na relação entre as concentrações dos participantes, em mol/L, em qualquer momento da reação, antes ou após o equilíbrio químico. Q_c pode ser expresso da mesma forma que o K_c.

Estabelecendo uma relação entre Q_c e K_c, temos:

• Para sistemas em equilíbrio químico: \({Q_C \over k_C} = 1/)
• Para sistemas fora de equilíbrio químico: /({Q_C \over k_C} ≠   1/)

🎓 Você ainda não sabe qual curso fazer? Tire suas dúvidas com o Teste Vocacional Grátis do Quero Bolsa 🎓

Considere a seguinte equação química genérica:

a A _(g) + b B _(g) ↔ c C _(g) + d D _(g)

Para equilíbrios químicos gasosos, é possível escrever a constante de equilíbrio em termos das pressões parciais dos participantes da reação:

Podemos relacionar K_p com K_c através da seguinte expressão:

K_p = K_c (R x T)^Δn

Considerando:

R = constante universal dos gases

T = temperatura absoluta do equilíbrio

Δn = (c + d) – (a + b)

Segundo o Princípio de Le Chatelier “quando se aplica uma força sobre um sistema em equilíbrio, ele tende a se ajustar no sentido de diminuir os efeitos dessa força”.

Os fatores que podem afetar um sistema em equilíbrio químico são: concentração, pressão e temperatura.

Concentração

Considere a seguinte reação genérica em equilíbrio químico:

Reagentes ↔ Produtos

A adição de substâncias em um sistema que se encontra em equilíbrio favorece a reação que o consome. Por exemplo, se adicionarmos algum reagente a uma reação em equilíbrio, o sentido direto da reação será favorecido, ou seja, o equilíbrio desloca-se para a direita. Se adicionarmos algum produto a essa reação, então o sentido inverso da reação será favorecido, ou seja, o equilíbrio desloca-se para a esquerda.

A remoção de substâncias em um sistema que se encontra em equilíbrio favorece a reação que a produz. Ou seja, se houver remoção de algum reagente, o equilíbrio desloca-se para a esquerda. Já se houver remoção de algum produto, o equilíbrio desloca-se para a direita.

Pressão

O aumento da pressão provoca contração de volume, por isso, desloca o equilíbrio para o lado de menor volume gasoso - ou seja, para aquele que tiver o menor número de moléculas gasosas.

A diminuição da pressão provoca expansão de volume, logo, desloca o equilíbrio para o lado de maior volume gasoso, isto é, aquele que tiver o maior número de moléculas gasosas.

Temperatura

O aumento da temperatura favorece a reação que absorve calor, ou seja, desloca o equilíbrio para o sentido endotérmico (ΔH > 0). Já a diminuição da temperatura, favorece a reação que libera calor, isto é, desloca o equilíbrio para o sentido exotérmico (ΔH < 0).

Em outras palavras, se a reação for endotérmica, o valor de K_c aumenta com o aumento da temperatura. Se a reação for exotérmica, o valor de K_c diminui com o aumento da temperatura.

Os catalisadores são substâncias que diminuem a energia de ativação e, com isso, aumentam a velocidade das reações químicas. Quando a reação está em equilíbrio químico, a redução da energia de ativação apresenta o mesmo valor para as reações direta e inversa. Sendo assim, o catalisador não afeta o equilíbrio de uma reação química.

Aumentando a velocidade das reações direta e inversa, o único efeito que o catalisador provocará é diminuir o tempo necessário para que a reação entre em equilíbrio químico.

📝 Você quer garantir sua nota mil na Redação do Enem? Baixe gratuitamente o Guia Completo sobre a Redação do Enem! 📝