Um estado de equilíbrio
Uma balança com pesos iguais de cada lado, um impasse durante um cabo de guerra e uma quantidade igual de oferta e demanda são exemplos de um tipo de equilíbrio, um tipo de estado de equilíbrio que é alcançado devido a forças opostas. A química também está sujeita a uma noção de equilíbrio e vamos examiná-la agora.
Equilíbrio químico
Imagine uma reação química simples com as espécies A e B , denotadas da seguinte forma:
A <-> B
A seta dupla que está no meio de A e B significa que a reação está acontecendo nos dois sentidos. Ou seja, os reagentes estão se transformando nas espécies de produtos, enquanto os produtos estão voltando às espécies reagentes.
Suponha que as moléculas A comecem a se transformar em moléculas B sempre que a temperatura subir acima da temperatura ambiente. Portanto, imagine colocar um tubo de ensaio com apenas moléculas A em um forno que mantém uma temperatura constante acima da temperatura ambiente.
Considerando o que acabei de mencionar, seria de se esperar que algumas moléculas A comecem a se transformar em moléculas B. Com o passar do tempo, mais e mais moléculas A se transformarão em moléculas B. No entanto, suponha que também haja uma tendência para trás nas moléculas B de se transformarem em moléculas A em uma ampla faixa de temperaturas, incluindo a do forno.
O que resultará é um movimento de vaivém entre as concentrações de produtos e reagentes, com a possibilidade de um equilíbrio químico eventualmente ser estabelecido. Um equilíbrio químico é um estado em que a taxa da reação direta é igual à taxa da reação reversa.
No nosso exemplo, isso significa que depois de um certo período de tempo, as concentrações de espécies A e B irá atingir um estado estável, no qual apenas como muitos A moléculas serão transformando em B como moléculas B moléculas de se transformar em um moléculas. Em outras palavras, a reação alcançará o equilíbrio, que poderia ser mantido indefinidamente se todos os fatores, como a temperatura, permanecessem os mesmos.
A constante de equilíbrio
Sabendo disso, agora você pode entender a próxima parte do equilíbrio, no que se refere à química. Existe um valor numérico, denominado constante de equilíbrio , que é um valor que relaciona a razão das concentrações dos produtos aos reagentes, uma vez que a reação atingiu o equilíbrio químico.
Voltando ao nosso exemplo da última seção, seríamos capazes de calcular essa constante conhecendo as concentrações das espécies A e B em equilíbrio químico.
Mas vamos considerar uma reação mais geral para direcionar o ponto de uma constante de equilíbrio para casa. É o seguinte:
aA + bB <-> cC + dD
Aqui, a , b , c e d são inteiros e A , B , C e D designam as espécies químicas em questão. Os colchetes indicam a concentração de espécies químicas; ou seja, [ A ] é a concentração de um .
Podemos calcular a constante de equilíbrio, denotada como Keq , da seguinte forma:
É importante notar que apenas espécies no estado gasoso e aquoso são incluídas no cálculo da constante de equilíbrio (sólidos puros e líquidos são omitidos).
O Quociente de Reação
Neste ponto, você pode estar se perguntando o que acontece quando a reação não está em equilíbrio. Ou seja, existe um número semelhante que podemos calcular para determinar o estado da reação em tal cenário? Sim, existe!
Quando a reação não está em equilíbrio, podemos determinar seu estado calculando o quociente de reação ( Q ) , que relaciona as concentrações dos produtos aos reagentes a qualquer momento. O quociente de reação é útil para determinar a direção na qual a reação está se movendo – para perto ou para longe do equilíbrio químico.
É calculado da mesma forma que a constante de equilíbrio:
Quando o quociente de reação ( Q ) é maior que a constante de equilíbrio ( Keq ), os reagentes são favorecidos e a reação se move na direção reversa. Quando Q é igual a K , a reação está em equilíbrio e não há tendência de se mover em direção aos reagentes ou produtos. Mas quando Q é menor que Keq , os produtos são favorecidos e a reação se move na direção para frente.
Exemplo de tempo
Ok, agora que você entendeu a teoria, vamos colocá-la em prática com alguns exemplos! Vamos considerar a seguinte reação com concentrações de equilíbrio de produtos e reagentes:
2SO 2 (g) + O 2 (g) <-> 2SO 3 (g)
[SO 2 ] = 3,77 * 10 -3 mol / L
[O 2 ] = 4,30 * 10 -3 mol / L
[SO 3 ] = 4,13 * 10 -3 mol / L
Calculando a constante de equilíbrio:
Agora, vamos apenas supor que em uma temperatura diferente você determine que as concentrações são:
[SO 2 ] = 2,68 * 10 -3 mol / L
[O 2 ] = 3,20 * 10 -3 mol / L
[SO 3 ] = 3,24 * 10 -3 mol / L
Observe que essas concentrações não são concentrações de equilíbrio. Nesse caso, vamos calcular o quociente de reação:
Neste caso específico, como Q é maior que Keq , a reação reversa seria favorecida.
Resumo da lição
Ok, aprendemos muito aqui, então vamos recapitular as partes fundamentais da nossa lição. Um equilíbrio químico é um estado em que a taxa da reação direta é igual à taxa da reação reversa.
A constante de equilíbrio é um valor que relaciona a razão das concentrações dos produtos aos reagentes, uma vez que a reação atingiu o equilíbrio químico, e o quociente da reação é útil para determinar a direção na qual a reação está se movendo – para perto ou para longe do equilíbrio químico.
Existem três casos possíveis para Q e Keq :
- Quando Q > Keq , a reação se move na direção reversa.
- Quando Q = K , a reação está em equilíbrio.
- Quando Q < Keq , a reação se move na direção para frente.
Resultados de Aprendizagem
Quando terminar, você deverá ser capaz de:
- Descreva um equilíbrio químico e como ele é alcançado
- Lembre-se de como calcular a constante de equilíbrio
- Recite quando e como calcular o quociente de reação
