Química 19 B Flashcards
(13 cards)
Quais são as principais características e condições necessárias para que um sistema alcance o equilíbrio químico, e como as propriedades macroscópicas, como a cor, indicam que o equilíbrio foi atingido?
O equilíbrio químico ocorre em processos reversíveis quando as velocidades das reações direta e inversa se igualam, mantendo as concentrações de reagentes e produtos constantes. Isso resulta na estabilidade de propriedades macroscópicas, como a cor. Por exemplo, em uma reação com gases coloridos (amarelo e azul), a tonalidade da mistura (verde) varia até se estabilizar (verde azulado) no equilíbrio, como no instante t = 15, indicando que as concentrações não mudam mais. A constância dessas propriedades é uma evidência experimental do equilíbrio.
Como as concentrações de reagentes e produtos e as velocidades das reações direta e inversa variam ao longo do tempo até um sistema químico atingir o equilíbrio, e como essas variações são representadas graficamente?
Inicialmente, os reagentes possuem concentração máxima e os produtos, concentração zero, com a reação direta rápida e a inversa nula. Com o tempo, a concentração de reagentes diminui, reduzindo a velocidade da reação direta, enquanto a concentração de produtos aumenta, elevando a velocidade da reação inversa. No equilíbrio, no instante tₑ, as velocidades das reações se igualam, e as concentrações de reagentes (mínima, mas não zero) e produtos (máxima) se estabilizam, sem serem necessariamente iguais. Graficamente, as curvas de velocidade (direta decrescente e inversa crescente) se cruzam no instante tₑ e permanecem constantes após esse ponto, indicando o equilíbrio.
Como as concentrações de reagentes e produtos variam no tempo até o equilíbrio químico, e o que os diferentes gráficos de concentração revelam sobre a extensão das reações direta e inversa no equilíbrio?
Os gráficos de concentração por tempo mostram que, inicialmente, a concentração de reagentes é máxima e a de produtos é zero. Com o tempo, a concentração de reagentes diminui até um valor mínimo constante, enquanto a de produtos aumenta até um máximo constante, marcando o equilíbrio no instante em que ambas se estabilizam. Três cenários são possíveis no equilíbrio: 1) concentração de produtos maior que a de reagentes, indicando que a reação direta (formação de produtos) predominou; 2) concentração de reagentes maior, sugerindo maior extensão da reação inversa (formação de reagentes); 3) concentrações iguais, mostrando que as reações direta e inversa ocorreram na mesma extensão. Esses gráficos não indicam igualdade de velocidades das reações (que é igual no equilíbrio), mas apenas a constância e a relação entre concentrações.
Não confundir os gráficos.
Como a constante de equilíbrio é derivada a partir das velocidades de uma reação química reversível, e quais são suas principais características?
A constante de equilíbrio é uma grandeza que mostra a relação entre as quantidades de produtos e reagentes em um sistema químico quando ele atinge o equilíbrio. Para entender como ela é obtida, imagine uma reação reversível, onde reagentes se transformam em produtos e vice-versa. No equilíbrio, a velocidade com que os reagentes formam os produtos (reação direta) é igual à velocidade com que os produtos voltam a formar os reagentes (reação inversa).
A velocidade de uma reação depende das concentrações dos reagentes ou produtos e de uma constante específica para cada direção da reação. No caso da reação direta, a velocidade é proporcional às concentrações dos reagentes, ajustadas pelos seus coeficientes na equação química balanceada. Na reação inversa, o mesmo acontece, mas com as concentrações dos produtos. Como no equilíbrio essas velocidades são iguais, podemos igualar as expressões que descrevem essas velocidades.
Ao fazer isso, as concentrações dos produtos ficam de um lado da equação e as dos reagentes do outro, enquanto as constantes de velocidade de cada reação (direta e inversa) também se organizam. A razão entre essas constantes de velocidade forma uma nova constante, que chamamos de constante de equilíbrio. Essa constante representa o quociente entre as concentrações dos produtos e dos reagentes, cada uma elevada ao seu respectivo coeficiente na equação química balanceada.
Características principais:
Sem unidade: A constante de equilíbrio não tem unidade, sendo apenas um número que reflete a relação entre as concentrações.
Apenas certas espécies contam: Somente substâncias gasosas ou dissolvidas em solução são consideradas na expressão da constante. Sólidos e líquidos puros, ou solventes, não entram porque suas concentrações não variam significativamente.
Influência da temperatura: O valor da constante de equilíbrio só muda se a temperatura do sistema for alterada, pois a temperatura afeta a relação entre as concentrações de produtos e reagentes. Outros fatores, como mudar a quantidade de reagentes ou produtos, não alteram o valor da constante, apenas fazem o sistema se ajustar para manter o equilíbrio.
Essas características valem para qualquer tipo de constante de equilíbrio e refletem como o sistema se comporta em condições estáveis.
Como são formadas as expressões da constante de equilíbrio para reações químicas, e como a constante baseada em pressões parciais é definida para gases?
A constante de equilíbrio reflete a proporção entre produtos e reagentes em uma reação no equilíbrio. Sua expressão é construída usando a equação balanceada: as concentrações dos produtos são multiplicadas no numerador, e as dos reagentes, no denominador, com cada concentração elevada ao seu coeficiente estequiométrico. Apenas espécies gasosas ou em solução são incluídas, pois sólidos e líquidos puros, incluindo solventes, têm concentrações constantes e não entram na expressão.
Por exemplo, em uma reação com gases, as concentrações dos produtos gasosos são divididas pela do reagente gasoso. Em reações com íons em solução e sólidos, só os íons aparecem, excluindo os sólidos. Se há água como solvente, ela também é omitida.
Para reações só com gases, pode-se usar uma constante baseada em pressões parciais, onde as pressões dos gases produtos, elevadas aos seus coeficientes, são divididas pelas pressões dos reagentes, também elevadas aos coeficientes. Isso simplifica a análise de sistemas gasosos, mas segue a mesma lógica de equilíbrio.
A constante de equilíbrio reflete a relação entre produtos e reagentes no equilíbrio. Sua expressão é feita com base na equação balanceada, colocando as concentrações dos produtos multiplicadas no numerador e as dos reagentes no denominador, elevadas aos seus coeficientes estequiométricos. Apenas gases e espécies em solução entram, pois sólidos, líquidos puros e solventes têm concentrações constantes e são excluídos.
Por exemplo, em reações gasosas, as concentrações dos produtos são divididas pela do reagente. Em sistemas com íons e sólidos, só os íons são considerados. Solventes como água não entram.
Para sistemas só com gases, usa-se pressões parciais, multiplicando as dos produtos e dividindo pelas dos reagentes, elevadas aos coeficientes, mantendo a mesma lógica do equilíbrio.
Como as constantes de equilíbrio Kc e Kp se relacionam em reações gasosas, sem demonstrar a derivação?
As constantes Kc, que usa concentrações molares, e Kp, que usa pressões parciais, estão ligadas em reações gasosas porque a pressão parcial de um gás é proporcional à sua concentração molar multiplicada por RT, conforme a equação dos gases ideais. A relação entre elas considera a diferença no número de moles gasosos entre produtos e reagentes (Δn). A expressão geral conecta as duas constantes ajustando os coeficientes estequiométricos da reação.
Como são formadas as expressões de equilíbrio para as reações de HI e SO3, e como as constantes de concentração e pressão se relacionam?
Para as reações de formação de hidrogênio iodado e trióxido de enxofre, as expressões de equilíbrio usam as quantidades de produtos gasosos divididas pelas dos reagentes, ajustadas pelos coeficientes da equação. As constantes baseadas em concentrações e pressões incluem todas as espécies gasosas. A relação entre elas depende da diferença de moles gasosos entre produtos e reagentes: se igual, as constantes são idênticas; se menor nos produtos, ajusta-se por um fator com a constante dos gases e a temperatura.
Pergunta: Como calcular a concentração de equilíbrio de NO em uma reação gasosa, dado o valor da constante de equilíbrio Kc e as concentrações de N2 e O2?
Para calcular a concentração de equilíbrio de NO na reação gasosa, usa-se a expressão da constante de equilíbrio Kc, que relaciona as concentrações dos produtos e reagentes, cada uma elevada ao seu coeficiente estequiométrico. Como todas as espécies são gasosas, todas entram na expressão. A constante Kc é dada, assim como as concentrações de equilíbrio dos reagentes (N2 e O2). Monta-se a expressão com a concentração de NO (produto) ao quadrado no numerador e o produto das concentrações de N2 e O2 no denominador. Substituem-se os valores fornecidos, isola-se a concentração de NO ao quadrado e calcula-se a raiz quadrada para obter a concentração de NO em mol por litro.
Como calcular a constante de equilíbrio Kc para a formação de SO3, dado o volume do balão e as quantidades de SO2, O2 e SO3?
Para calcular Kc da formação de SO3, usa-se a expressão com concentrações molares ajustadas pelos coeficientes estequiométricos. O balão de 1 litro faz as quantidades em mols serem iguais às concentrações. Sabendo as concentrações iniciais de SO2 e O2, e a de SO3 no equilíbrio, monta-se uma tabela com concentrações iniciais, consumidas/formadas (pela estequiometria) e finais. A formação de SO3 determina o consumo de SO2 e O2 proporcionalmente. Substitui-se as concentrações finais na expressão de Kc, com SO3 ao quadrado no numerador e o produto de SO2 ao quadrado e O2 no denominador, todas gasosas, obtendo um valor numérico adimensional.
Para calcular a concentração de HI no equilíbrio, usa-se a expressão de Kc, que relaciona as concentrações das espécies com seus coeficientes estequiométricos. O recipiente de 1 litro torna as quantidades iniciais de H2 e I2 (em mols) equivalentes às concentrações (mols por litro). Sem HI inicial, monta-se uma tabela com concentrações iniciais, consumidas/formadas (usando uma incógnita x) e finais. Supõe-se que x mols por litro de H2 reagem, consumindo x de I2 e formando 2x de HI. As concentrações finais são H2 e I2 menos x, e HI como 2x. Substitui-se na expressão de Kc, resolve-se para x usando o valor de Kc, e a concentração de HI é 2x, em mols por litro.
Para calcular Kc da decomposição de PCl5, usa-se a expressão com concentrações molares ajustadas pelos coeficientes estequiométricos. O balão de 10 litros contém apenas PCl5 inicialmente, e o grau de equilíbrio (75%) mostra que 75% dele se decompõe. Monta-se uma tabela com quantidades iniciais (mols), consumidas/formadas (pela estequiometria: 1 mol de PCl5 forma 1 mol de PCl3 e 1 mol de Cl2), quantidades finais e concentrações (mols por 10 litros). As concentrações finais são substituídas na expressão de Kc, com o produto das concentrações de PCl3 e Cl2 dividido pela de PCl5, todas gasosas, resultando em um valor adimensional.
O que é o quociente de equilíbrio, e como ele é usado para determinar se um sistema está em equilíbrio e prever o comportamento da reação?
O quociente de equilíbrio (Qc ou Qp) descreve a relação entre concentrações molares (Qc) ou pressões parciais (Qp) de produtos e reagentes em qualquer instante, usando a mesma expressão da constante de equilíbrio (Kc ou Kp), mas sem exigir que o sistema esteja em equilíbrio. Ele é comparado com Kc ou Kp para avaliar o estado do sistema. Se Qc = Kc, o sistema está em equilíbrio. Se Qc < Kc, o sistema não está em equilíbrio, e a reação direta é favorecida, aumentando a concentração de produtos e diminuindo a de reagentes para que Qc alcance Kc. Se Qc > Kc, a reação inversa é favorecida, reduzindo a concentração de produtos e aumentando a de reagentes até Qc igualar Kc. Apenas espécies gasosas ou em solução entram nas expressões, excluindo sólidos e líquidos puros.
Para avaliar o comportamento das concentrações de NO2 e N2O4, calcula-se o quociente de equilíbrio Qc, que usa a mesma expressão de Kc, com concentrações molares de produtos e reagentes ajustadas pelos coeficientes estequiométricos. O balão de 1 litro faz as quantidades (em mols) serem iguais às concentrações (mols por litro). Substitui-se as concentrações de NO2 e N2O4 na expressão de Qc (NO2 ao quadrado dividido por N2O4) e compara-se com Kc. Se Qc < Kc, o sistema não está em equilíbrio, e a reação direta é favorecida, aumentando a concentração de NO2 (produto) e diminuindo a de N2O4 (reagente) para que Qc alcance Kc.
