Equilíbrio Químico

EQUILÍBRIO QUÍMICO REAÇÕES REVERSÍVEIS

Reação reversível é aquela que ocorre simultaneamente nos dois sentidos.

1 - reação direta 2 - reação inversa

Equilíbrio químico

Situações de equilíbrio No início do experimento, temos maior quantidade de N2O4 e a velocidade de decomposição decomposição é máxima. Com o passar do tempo, a concentração de N2O4 diminui, enquanto a de NO2 aumenta, fato perceptível por intensificar a coloração castanha. Após algum tempo, a cor não se altera mais, levando-nos a concluir que a velocidade da reação direta é igual à da reação inversa.

-1-

EQUILÍBRIO QUÍMICO

A partir do ponto t de cada gráfico, as concentrações não mais se alteram.

EQUILÍBRIO QUÍMICO

Equilíbrio químico é a situação atingida por qualquer reação reversível, em que as concentrações dos participantes da reação não mais se alteram, pois as velocidades das reações direta e inversa se igualam.

Quando o equilíbrio químico é atingido, temos: v1 = v2

Início do experimento... • a velocidade da reação direta começa com valor máximo, haja vista que a concentração de N2O4 é máxima no início; • a velocidade da reação inversa é nula, haja vista ainda não existir NO2 para reagir; Com o passar do tempo... • a velocidade da reação direta vai diminuindo, pois a concentração de N2O4 diminui; • a velocidade da reação inversa aumenta gradativamente, visto que o NO2 vai sendo produzido pela reação direta.

-2-

EQUILÍBRIO QUÍMICO GRAU DE EQUILÍBRIO

A relação entre a quantidade de mols que reagem até o equilíbrio e a quantidade inicial de mols de determinado reagente, recebe o nome de grau de equilíbrio.

O grau de equilíbrio apresenta valor entre 0 e 1, ou seja, entre 0 e 100%. Considere o exemplo a seguir:

Outro exemplo: Partindo-se de 10 mols do reagente A e 12 mols do reagente B, verifica-se que quando o equilíbrio é atingido, 3 mols de A não reagem. Segundo essa informação inf ormação determine:

• O grau de equilíbrio da reação em relação ao reagente A;

• O grau de equilíbrio da reação em relação ao reagente B;

• A quantidade (em mols) dos produtos C e D formados;

-3-

EQUILÍBRIO QUÍMICO • A quantidade (em mols) do reagente B no equilíbrio.

Reação: Reação : As quantidades (em mols) de A e B que reagem e de C e D produzidas são iguais, pois estas substâncias reagem e são produzidas na proporção de 1:1. x: Representa as quantidades (em mols) de A e B que reagem até o equilíbrio.

Equilíbrio: Equilíbrio: A quantidade (em mols) do reagente B no equilíbrio é igual à quantidade inicial, menos a que reagiu. As quantidades (em mols) de C e D no equilíbrio são iguais às quantidades produzidas pela reação.

FATORES QUE OCASIONAM O DESLOCAMENTO DO EQUILÍBRIO

Deslocamento de equilíbrio vem a ser qualquer modificação na velocidade das reações direta ou inversa, que traga modificações nas concentrações dos participantes da reação, até atingir nova situação de equilíbrio. O deslocamento de equilíbrio obedece ao Princípio de Le Chatelier ou Princípio da Fuga ante a Força. F orça. Quando ocorre perturbação num sistema em equilíbrio, ocasionada por uma ação externa, ele se desloca a fim de anular essa ação e atingir novo estado de equilíbrio. Fatores que ocasionam o deslocamento do equilíbrio: • concentração dos participantes do sistema; • pressão exercida sobre o sistema; • temperatura do sistema.

-4-

EQUILÍBRIO QUÍMICO

Em dias chuvosos a umidade do ar aumenta muito e o equilíbrio é deslocado para a direita, o que deixa o galinho róseo. Em dias de tempo seco, ocorre o contrário, prevalecendo a cor azul.

INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA

Num sistema em equilíbrio à pressão constante, o aumento da temperatura provoca o deslocamento do equilíbrio no sentido da reação endotérmica (absorve calor) e a diminuição de temperatura, o deslocamento no sentido da reação exotérmica (libera calor).

A temperatura é o único fator responsável por alterações da constante de equilíbrio.

-5-

EQUILÍBRIO QUÍMICO INFLUÊNCIA DA PRESSÃO

O sistema sofrerá deslocamento, com a alteração da pressão, quando existirem substâncias no estado gasoso. Num sistema em equilíbrio à temperatura constante, o aumento de pressão ocasiona um deslocamento de equilíbrio no sentido da reação que se faz com contração de volume, e a diminuição da pressão, o deslocamento no sentido da reação que se faz com expansão de volume.

Quando o número de mols gasosos é o mesmo nos reagente e produtos, o equilíbrio não é deslocado por variação de pressão.

INFLUÊNCIA DA CONCENTRAÇÃO

Num sistema em equilíbrio, à temperatura e pressão constantes, o aumento da concentração de qualquer participante, favorece a reação que consome este participante. Diminuindo a concentração de qualquer participante, favorecemos a reação que forma este participante.

Exemplo:

Adição de CO2(g): O equilíbrio desloca-se para a direita A adição de CO2(g) ao equilíbrio faz aumentar sua concentração, acarretando o aumento no número de choques entre C(s) e CO2(g) e desta forma, também na velocidade da reação direta.

Adição de CO(g): O equilíbrio desloca-se para a esquerda

Remoção de CO(g): O equilíbrio desloca-se para a direita A retirada de CO(g) presente no equilíbrio, provoca a diminuição de sua concentração e, consequentemente a reação desloca-se para a direita até que se refaça quantidade retirada.

-6-

EQUILÍBRIO QUÍMICO Remoção de CO2(g): O equilíbrio desloca-se para a esquerda Retirando-se parte do CO2(g) presente no equilíbrio, ocorre a diminuição de sua concentração e, consequentemente a reação desloca-se para a esquerda até que seja refeita a quantidade retirada.

Observação: A adição de um participante a um u m sistema em equilíbrio não altera a constante de equilíbrio. Nos sistemas heterogêneos constituídos por gases e sólidos, o sólido não influi no deslocamento do equilíbrio.

Influência do catalisador O emprego do catalisador não causa deslocamento do equilíbrio, não altera a constante de equilíbrio e nem o rendimento do processo. Ele apenas diminui o tempo necessário para que o equilíbrio seja atingido.

EXPERIÊNCIA DE DESLOCAMENTO DO EQUILÍBRIO

Faça você mesmo o eslocamento de equilíbrio. Material: • copo de béquer • solução de cromato de potássio: K2CrO4(aq) • limão • solução de soda cáustica (hidróxido de sódio): • NaOH(aq)

Despeje 200 mL de solução de cromato de potássio no copo de béquer. Adicione algumas gotas de limão. Observe a mudança de cor da solução. Como no ácido há o íon H+, ao adicionarmos o limão, estamos aumentando sua concentração, provocando um deslocamento do equilíbrio para a direita. A solução torna-se, então, alaranjada.

-7-

EQUILÍBRIO QUÍMICO Efeito do íon comum No ácido cítrico existente no limão quando ionizado, há íon H+ . Nesse experimento, foi utilizada umasubstância, no caso o ácido cítrico do limão, que originou um íon já presente no equilíbrio, o íon comum H+ . Esse íon desloca o equilíbrio para a direita. A esse fato chamamos de efeito do íon comum.

Despeje na solução obtida do primeiro experimento algumas gotas de solução de hidróxido de sódio e observe a mudança de coloração. Na solução de aquosa de hidróxido de sódio existem íons OH- , que consomem os íons H + presentes no equilíbrio. Devido à remoção dos íons H + ocorre um deslocamento do equilíbrio para a esquerda, resultando a coloração amarela na solução.

PRODUÇÃO DA HEMOGLOBINA EM GRANDES ALTITUDES

Para que um alpinista se adapte às elevadas altitudes, precisa de tempo para se ambientar antes de escalar. A subida a uma altitude de 3.000 metros em 2 dias, a rápida mudança de altura acarreta fortes dores de cabeça, náuseas e fadiga. Estes sintomas são característicos da hipoxia, uma deficiência na quantidade de oxigênio que chega aos tecidos do corpo, podendo, em alguns casos levar ao coma e até à morte. O indivíduo leva semanas, até meses, para recuperar-se gradualmente e habituar-se ao teor de oxigênio na atmosfera.

Topo do Aconcágua

Escalando o Aconcágua Playa Ancha

Início da expedição ao Aconcágua Eduardo Zenewton Kluppel

-8-

EQUILÍBRIO QUÍMICO O que acontece A reação do oxigênio com a hemoglobina, responsável pelo transporte do oxigênio através do sangue, pode ser representada desta forma:

A constante de equilíbrio para a reação consiste em:

Diminuindo a concentração de oxigênio, o equilíbrio da reação é deslocado para a esquerda, eliminando a oxihemoglobina ocasionando a hipoxia.

O organismo começa a defender-se, produzindo mais moléculas de hemoglobina, deslocando o equilíbrio para a direita e propiciando a produção de oxi-hemoglobina.

Estudos apontam que pessoas residentes em montanhas de elevadas altitudes apresentam altos níveis de hemoglobina no sangue, chegando a possuir 50% a mais do que as que vivem ao nível do mar.

TERAPIA POR OXIGÊNIO

Os tecidos do corpo necessitam de oxigênio. A insuficiência de oxigênio causa a hipoxia, que pode resultar em coma e danos irreversíveis. O cérebro é especialmente sensível, porque usa cerca de 20% do oxigênio total do seu organismo.

-9-

EQUILÍBRIO QUÍMICO Transporte de oxigênio e dióxido de carbono. O oxigênio é captado pelo sangue nos pulmões e liberado nos tecidos; o dióxido de carbono se move em sentido oposto. Ambos os gases se deslocam de regiões depressão parcial mais alta para aquelas de pressão parcial mais baixa.

Cânula nasal O oxigênio é administrado ao paciente para tratamento de hipoxia. O objetivo é levar a pressão parcial de oxigênio do sangue arterial para a faixa de 70 a 180 Torricelli.

Uma das técnicas utilizadas é a cânula nasal, que consiste num tubo com pontas inseridas nas narinas. Ela fornece concentrações de até 35% de oxigênio ao limite de 4L/min.

Máscaras faciais As outras técnicas consistem em máscaras faciais descartáveis que fornecem de 30 a 55% de oxigênio, a 6 até 10L/min. E em casos extremos de inalação de fumaça e edema pulmonar, recomendam-se as máscaras respiratórias unidirecionais, que fornecem 100% de oxigênio.

Terapia hiperbárica Exposição ao oxigênio a pressões acima da pressão atmosférica. O paciente é colocado numa câmara selada contendo oxigênio puro a pressões de 2 a 2,5 atm por períodos de até 5 horas. A alta pressão parcial resultante aumenta a quantidade de oxigênio dissolvido no sangue. Esta terapia alivia a hipoxia em casos de envenenamento por monóxido de carbono.

Riscos Concentrações muito altas de oxigênio podem resultar em colapso dos alvéolos (atelectasia). Administração de oxigênio a crianças prematuras tem resultado em cegueira (fibrose retrolental).

HOMEOSTASE (EQUILÍBRIO DO ORGANISMO) DO ÍON HIDROGÊNIO

Nosso organismo é uma máquina muito complexa e, ao mesmo tempo, fascinante. Dentre os vários mecanismos que nele atuam, o sistema H2CO3 / HCO-3, que tampona o sangue,é especialmente interessante. A respiração da maioria dos seres vivos emprega oxigênio do ar

-10-

EQUILÍBRIO QUÍMICO atmosférico para oxidar metabólitos (gerando água e gás carbônico) e para obter a energia necessária ao funcionamento dos vários processos vitais. Há necessidade de se eliminar o CO2, formado nos tecidos pela respiração interna. Essa remoção se faz por simples difusão em conseqüência do gradiente que se estabelece entre as células e o sangue.

O gás carbônico(CO2) hidrata-se espontaneamente no sangue e forma o ácido carbônico(H2CO3) que é um doador potencial de prótons. O próprio sangue que circula entre tecidos e pulmões encarrega-se de transportar o gás carbônico para sua eliminação, por meio da respiração.

SOLUÇÃO-TAMPÃO

Solução-tampão ou solução tamponada é aquela que, ao adicionarmos pequena quantidade de ácido ou base, mesmo que fortes, mantém o seu pH praticamente invariável. Constituição da solução-tampão: • Ácido fraco e seu sal correspondente • Base fraca e seu sal correspondente

Cálculo do pH de uma solução tampão

Como atua uma solução-tampão? Ao juntarmos qualquer ácido a essa solução (solução-tampão), ele libertará H+, que será consumido pelo 1º equilíbrio. Como conseqüência, o equilíbrio desloca-se para a esquerda e, com isso, a acidez não aumenta e o pH não sofre variação. Também não faltará Ac- para que o 1º equilíbrio se desloque para a esquerda, pois a dissociação do NaAc garante o fornecimento de Ac . Da mesma forma acontece a atuação de uma solução de base fraca e seu sal correspondente.

-11-

EQUILÍBRIO QUÍMICO

SANGUE: UMA SOLUÇÃO-TAMPÃO

O Plasma sangüíneo contém proteínas, íons metálicos e fosfatos inorgânicos; já os eritrócitos, as moléculas de hemoglobina. O pH do sistema sangüíneo é mantido a 7,4 por vários sistemas-tampão, sendo mais importante o HCO3- / H2CO3 e, no eritrócito, constituído por HCO3 - / H2CO3 e hemoglobina. Uma queda do valor do pH consiste na acidose e, um aumento, na alcalose, ambas muito perigosas e fatais.

-12-