O conceito de equilíbrio químico

INTRODUÇÃO

Um equilíbrio químico é a situação em que a proporção entre as quantidades de reagentes e produtos em uma reação química se mantém constante ao longo do tempo. Foi estudado pela primeira vez pelo químico francês Claude Louis Berthollet em seu livro Essai de statique chimique de 1803.

Teoricamente, toda a reação química ocorre nos dois sentidos: de reagentes se transformando em produtos e de produtos se transformando de volta em reagentes. Contudo, em certas reações, como a de combustão, virtualmente 100% dos reagentes são convertidos em produtos, e não se observa o contrário ocorrer (ou pelo menos não em escala mensurável); tais reações são chamadas de irreversíveis. Há também uma série de reações nas quais logo que certa quantidade de produto(s) é formada, este(s) torna(m) a dar origem ao(s) reagente(s); essas reações possuem o nome de reversíveis.

O conceito de equilíbrio químico praticamente restringe-se às reações reversíveis. Quando um sistema atinge equilíbrio, ele tende a permanecer nesse estado desde que não ocorra nenhuma perturbação externa. Le Chatelier quando estudou os sistemas em equilíbrio e o que poderia afetá-los, chegou a seguinte conclusão experimental: Quando se provoca uma perturbação sobre o sistema em equilíbrio, ele tende a se deslocar no sentido de fuga frente à ação aplicada (tende a anular a ação aplicada), tentando se ajustar a uma nova situação de equilíbrio, este é o Princípio de fuga ante uma ação. Fatores que influenciam no descolamento de equilíbrio: variação de pressão, temperatura e concentração. Uma observação importante é que um catalisador não desloca o equilíbrio.

Fundamentação Teórica

A condição na qual as concentrações de todos os reagentes e produtos em um sistema fechado param de variar com o tempo são chamados equilíbrio químico. O equilíbrio químico ocorre quando as reações opostas acontecem a velocidades iguais: a velocidade na qual os produtos são formados a partir dos reagentes é igual à velocidade na qual os reagentes são formados a partir dos produtos. Para que o equilíbrio ocorra, nem os reagentes nem os produtos podem escapar do sistema. Equilíbrio químico é ponto em que as concentrações de todas as espécies são constantes. O equilíbrio é dinâmico porque a reação não para, mas as velocidades opostas se igualam.

Reagentes → Produtos

A + B → C + D

Quando a reação não se completa e os reagentes e produtos mantêm-se em equilíbrio. O equilíbrio químico é dinâmico, o qual indica que a reação que se processa em um sentido (dos reagentes para os produtos, sentido direto) tem a mesma taxa de desenvolvimento que a reação que se processa no sentido inverso (dos produtos para os reagentes):

Reagentes Produtos

A + B ↔C + D

A existência de um equilíbrio químico dinâmico significa que a reação química nem sempre caminha para um final; ao invés disto, alguns reagentes e produtos coexistem no sistema. Este equilíbrio dinâmico é um estado em que parece que nada está ocorrendo, porém é um estado no qual, reações químicas estão ocorrendo e frequentemente em velocidades rápidas. Em uma reação química em equilíbrio, as concentrações (ou pressões parciais) dos reagentes e produtos estão em um estado estacionário, isto é, eles não estão mudando. A temperatura é o único parâmetro operacional que altera diretamente o valor da constante de equilíbrio. A Figura 1.1 mostra nos três casos possíveis, a variação da constante de equilíbrio com a temperatura.

Figura 1.1. Variação da constante de equilíbrio em função da temperatura para reações (diretas): I – endotérmicas (ΔH > 0), II – atérmicas (ΔH = 0) e III – exotérmicas (ΔH < 0).

No momento em que o equilíbrio é alcançado, encontra-se a constante de equilíbrio, em que é o valor numérico obtido quando se substitui as pressões parciais ou concentrações molares reais no equilíbrio na expressão:

Fatores que influem no equilíbrio:

Às vezes certas circunstâncias indicam que é necessário o conhecimento dos fatores que podem influenciar no equilíbrio de uma reação química. Equilíbrio químico, sendo dinâmico, é passível de responder às mudanças nas condições sob as quais ocorrem as reações. Se uma reação química está em equilíbrio ela vai tender a permanecer no equilíbrio e se ela não estiver em equilíbrio ela vai tender a alcançar o equilíbrio. Se uma mudança nas condições da reação aumenta a taxa na qual os reagentes se transformam em produtos, então, a composição do equilíbrio se ajusta até que a taxa da reação inversa aumente para igualar com a nova taxa no sentido direto. Se a mudança reduz a taxa da reação no sentido direto, então os produtos se decompõem em reagentes até que as duas taxas se igualem novamente. Estas situações são explicadas pelo Princípio de Le Chatelier, que é enunciada da seguinte maneira: ‘’se um sistema em equilíbrio é perturbado por uma variação na temperatura, pressão ou concentração de um dos componentes, o sistema deslocará sua posição de equilíbrio de tal forma a neutralizar o efeito do distúrbio.’’

Efeito da adição de reagentes:

O efeito da adição de reagentes a uma reação química em equilíbrio é para aumentar a concentração ou pressão parcial dos produtos. O efeito da adição de produtos a uma reação química é o inverso da adição de reagentes, ou seja, vai ocorrer o aumento da regeneração da concentração ou pressão parcial dos reagentes.

Efeito da pressão:

Todos os equilíbrios químicos são afetados em alguma extensão pela pressão exercida no sistema, porém na maioria dos casos aconstante de equilíbrio varia muito pouco com a pressão. Quando gases estão envolvidos na reação em equilíbrio, o efeito da pressão se torna mais significativo. O equilíbrio responde a alterações na pressão, principalmente nas reações na fase gasosa. De acordo com o principio de Le Chatelier, um equilíbrio na fase gasosa responde a um aumento na pressão fazendo com que a reação se desloque no sentido em que diminua este aumento na pressão.

Efeito