Trabalho de Fisico Quimica

Trabalho de Fisico Quimica

(Parte 1 de 2)

Índice

Equilíbrio Químico 2

1.1 Equilíbrio químico homogêneo 2

1.1.1 Estabelecimento do equilíbrio 2

1.1.2 Constante do equilíbrio em termos de concentração 3

1.1.3 Constante do equilíbrio em termos de pressão 4

1.2 EQUILÍBRIO QUÍMICO HETEROGÊNEO 4

1.3 REAÇÕES QUÍMICAS ESPONTÂNEAS 5

1.3.1 O mínimo de energia de Gibbs 5

1.4 A DESCRIÇÃO DO EQUILÍBRIO 6

1.4.1 Equilíbrio de gases perfeitos 6

1.4.2 Energia de Helmoholtz 9

1.5 A resposta do equilíbrio as condições do sistema 10

1.5.2 Resposta do equilíbrio a temperatura 12

1.5.3 Resposta do equilíbrio com a concentração 13

Misturas simples 13

2.1 Descrição Termodinâmica das misturas 14

2.1.2 Grandezas parciais molares 14

2.2 Os potencias químicos dos líquidos 16

2.2.1 Soluções ideais 16

2.2.1.2 Soluções diluídas ideais 17

2.3 As propriedades das soluções 19

2.3.1 Propriedades coligativas 19

Equilíbrio Químico

Na química existem tipos diferentes de sistemas em equilíbrio, tais como:

  • Um líquido em equilíbrio com o vapor;

  • Uma solução saturada em equilíbrio com o excesso de soluto;

  • Um eletrólito fraco em equilíbrio com os seus íons comuns.

E além destes sistemas em equilíbrio citados existe um outro tipo de equilíbrio que é muito estudado pela química que é o equilíbrio alcançado por uma reação química, este tipo de equilíbrio é determinado quando em uma reação reversível a velocidade direta de formação de produtos é igual à velocidade inversa de formação de reagentes.

1.1 Equilíbrio químico homogêneo

Em toda reação química em que produtos e reagentes se apresentam no mesmo estado de agregação é estabelecido um equilíbrio químico homogêneo.

Ex:

(Eq. 01).

1.1.1 Estabelecimento do equilíbrio

Tendo uma reação hipotética:

(Eq. 02).

Suponha que seria possível medir a concentração de todas as substâncias envolvidas na reação, no decorrer do tempo e com os dados obtidos desenhar um gráfico da concentração pelo tempo, o gráfico obtido seria:

GRÁFICO 01

Analisando o gráfico 01 pode-se concluir, que no inicio da reação, temos [A] > 0, [B] > 0 e [C] = 0, e no decorrer da reação A e B são consumidos, diminui a concentração de ambos e a concentração de C vai aumentando com o tempo, chegando a um ponto em que as concentrações de A, B e C se tornam invariáveis, caracterizando um equilíbrio químico.

Tendo a reação hipotética inversa:

(Eq. 03).

Suponha que seria possível medir a concentração de todas as substâncias envolvidas na reação, no decorrer do tempo e com os dados obtidos desenhar um gráfico da concentração pelo tempo, o gráfico obtido seria:

GRÁFICO 02

Analisando o gráfico 02, pode-se concluir que no inicio da reação, temos [A] = 0, [B] = 0 e [C] > 0, e no decorrer da reação A e B são formados, aumentando a concentração de ambos e a concentração de C vai diminuindo, chegando a um ponto em que a concentração de A, B e C se tornam invariáveis, caracterizando um equilíbrio químico.

1.1.2 Constante do equilíbrio em termos de concentração

De acordo com a definição de equilíbrio químico, a velocidade direta de formação dos produtos é igual à velocidade da reação inversa de formação dos reagentes, desta forma analisando a reação hipotética abaixo, temos:

(Eq. 04).

  • a velocidade da reação direta será: (I)

  • a velocidade da reação inversa será: (II)

De acordo com a definição de equilíbrio químico, fazendo (I) = (II):

Como a divisão de uma constante por outra é uma outra constante, tem-se:

(Eq. 05).

A constante do equilíbrio químico geralmente é expressa em termos da concentração e devido a isto é que se apresenta o subscrito c.

A constante do equilíbrio determina a tendência que uma reação tem de ocorrer, podendo-se concluir que se uma reação química apresenta uma constante de equilíbrio alta, isto indica que a reação apresenta uma alta tendência de ocorrer no sentido de formação dos produtos e se uma determinada reação química apresenta uma constante de equilíbrio baixa, isto indica que a reação tem uma baixa tendência de formar os respectivos produtos. Com estas informações pode-se concluir que a constante de equilíbrio determina a possibilidade de uma reação ocorrer.

Exemplo 01: Para a formação da amônia gasosa misturamos 1,00 mol de H2 com 1,00 mol de N2, em um recipiente de um litro a 350°C, a expressão para a reação é:

A expressão para a constante deste equilíbrio é:

No inicio a [H2] = 1 a [N2] = 1 e a [NH3] = 0, logo temos que em t0 Kc = 0 e no decorrer do tempo temos a tabela abaixo:

Tempo

[H2]

[N2]

[NH3]

t0

t1

t2

t3

t4

t5

1,000

0,874

0,814

0,786

0,781

0,781

1,000

0,634

0,442

0,358

0,343

0,343

0,000

0,252

0,372

0,428

0,438

0,438

0,000

0,285

1,970

5,080

6,090

6,090

Como pode ser observado na tabela, a [H2] e a [N2] diminuem, e o valor da [NH3] e de Kc aumenta, com o decorrer da reação, sendo que todos tendem a permanecer constante após se atingir o equilíbrio a partir de t4.

1.1.3 Constante do equilíbrio em termos de pressão

Muitas reações químicas ocorrem na fase gasosa, constituindo uma mistura de gases, desta forma cada gás apresenta uma pressão parcial determinada por:

(I)

E como:

(II)

Substituindo a (Eq. 08) na (Eq. 09), obtemos:

(III)

Para a reação hipotética abaixo, temos:

(Eq. 06).

Segundo a equação do equilíbrio para a Eq. 08, obtemos:

(Eq. 07).

Substituindo a (III) na (Eq. 07), obtemos:

(Eq. 08).

1.2 EQUILÍBRIO QUÍMICO HETEROGÊNEO

Um equilíbrio químico é denominado heterogêneo quando o sistema apresenta mais de um estado de agregação, exemplo:

(Eq. 09).

Para este tipo de equilíbrio, temos:

(I)

Mais como B se apresenta no estado sólido, a sua concentração na reação se mantém relativamente constante no decorrer da reação, desta forma pode-se considerar como = cte, logo:

(Eq. 10).

Observe alguns exemplos de equilíbrios heterogêneos:

Reação

Constante de equilíbrio

1.3 REAÇÕES QUÍMICAS ESPONTÂNEAS

Uma generalização que cerca os equilíbrios químicos é que um sistema tende a alcançar um estado de equilíbrio espontaneamente. E alcançado o estado de equilíbrio, o mesmo só pode ser deslocado por atuação de influencia externa e uma vez perturbado o equilíbrio o sistema perturbado tende a retornar a um estado de equilíbrio.

1.3.1 O mínimo de energia de Gibbs

A composição de uma reação, no estado de equilíbrio, é determinada pelo mínimo de energia de Gibbs, desta forma para se determinar o estado de equilíbrio de uma reação, deve-se calcular o mínimo de energia de Gibbs.

1.3.1.1 A energia de Gibbs na reação

Considerando a reação em equilíbrio abaixo:

(I)

Caso ocorra uma variação infinitesimal no numero de moles de A, temos que , ocasionando uma variação infinitesimal do numero de moles de B, , onde indica o avanço da reação. Logo se a variação no avanço da reação for , temos que o numero de moles de A após a reação será:

(II)

E o numero de moles de B após a reação será:

(III)

A energia de Gibbs da reação, é definida como sendo a derivada da energia de Gibbs em relação ao grau de avanço da reação:

(Eq. 11).

O símbolo não indica variação de G, e sim variação de potencial químico entre produtos e reagentes:

(Eq. 12).

Como a reação química avança no sentido de G decrescente, temos:

  • , a reação direta será espontânea;

  • , a reação inversa será espontânea;

  • , a reação esta em equilíbrio;

O símbolo indica o potencial químico de produtos ou reagentes.

1.3.1.2 Reações exoérgicas e endoérgicas

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