Fatores que alteram o Equilíbrio químico

PRINCIPIO DE LE CHATELIER: QUANDO SE APLICA UMA FORÇA A UM SISTEMA, O SISTEMA TENDE A SE REAJUSTAR NO SENTIDO DE DIMINUIR A ATUAÇÃO DESSA FORÇA.

Concentração: (utilizando o exemplo de um tubo U cheio d'agua)

1. Adição de reagente : desloca para o lado dos produtos
2. Adição de produto : desloca para o lado dos reagentes
3. retidada de reagente : descola para o lado dos reagentes
4. retirada de produto : desloca para o lado dos produtos

PRESSÃO : a variação de pressão só desloca o equilibrio de sistemas que apresentem apenas substancias no estado gasoso :

↑ -desloca o equilibrio para o lado do menos numero de mols de compostos gasosos.

↓- desloca o equilibrio para o lado do maior numero de mols de compostos gasoso.

ATENÇÃO: caso o numero de mols de substâncias gasosas seja igual no lado dos reagentes e produtos, a variação de pressão nao descola o equilibrio .

TEMPERATURA :  a temperatuda também ingluencia no deslocamento do equilibrio da seguinte forma :

↑- desloca o equilibrio no sentido da endotermica.

↓- desloca o quilibrio no sentido da exotermica

CATALISADOR: os catalisadores não deslocam o equilibrio , mas apenas permitem que o equilibrio seja atingido mais rapidamente.

Equilibrio Homogêneo e Equilibrio Heterogêneo

No equilibrio de uma reação são consideradas apenas as substâncias em estado aquoso e as substâncias em estado gasoso.As substâncias que se encontram no estado sólido e as que representam líquidos puros(solventes em h20) não entram na expressão de equilibrio (Kc)




Dada a equação:  

• Equilibrio homogenêo: Apenas aquoso e gasoso.
• Equilibrio heterogenêno: Apenas solidos e/ou liquidos puros.

Exemplo :

Reaçôes Reversíveis

 São reações em que reagentes formam produtos, ou seja, uma reação direta, e havendo produtos presentes, eles voltam a dar origem aos reagentes, logo uma reação inversa, até que se atinja o equilíbrio químico.

A + B C + D direta: v1  v1 = v2

                    inversa: v2

 Exemplo de reação reversível. produção da amônia (NH₃), a partir do gás hidrogênio (H₂) e do gás nitrogênio (N₂) — que faz parte do Processo de Haber:


N_2(g) + 3H_2(g) 2NH_3(g)

 Depois de um tempo, a reação entra em equilibrio químico dinâmico, logo, ela não cessa. Porém:

- A velocidade direta torna-se igual a velocidade inversa

- As concetrações permanecem constante

Graficamente

Velocidade das reações direta e inversa em função do tempo:

Concentração das substâncias envolvidas em função do tempo:

Condições para Ocorrência de Reações

Condições para ocorrencia de reações:

teoria das colisões:

• Para que uma reação ocorra, os reagentes devem entrar em contato.
• A velocidade da reação esta condicionada á orientação espacial das colisões(colisão favorável)
• É necessário que hava energia suficiente para se atingir o estado ativado da reação.

Ilustração:




Conceitos importantes:

1. Energia de ativação : é a nergia minima necessária para que os reagentes alcançem o estado ativado e a reação se processe.
2. Estado ativado: fração de tempo em que as moléculas colidem, rompendo suas ligaçoes e estabelecendo novas ligações originando os produtos:

Graficamente:

Cinética Química

É o ramo da química que estuda a velocidade das reações. A velocidade de uma reação é dada pela expressão:


V=∆[x]/∆t = [x]f - [x]i/tf-ti




Caso: V>0 +  = Velocidade de formação de produtos.
           
           V<0 -    = Velocidade de consumo de reagentes.




VELOCIDADE MÉDIA DE UMA REAÇÃO


Dada uma equação hipotética


aA + bB ------> cC + dD




a,b,c,d = índices estequiométricos.

CALCULO DO ΔH

-Conceitos importantes:

*Estado padrão de uma substância

Toda substancia simples que se encontra em seu estado alotrópico mais estável e no estado abundante é caracterizado como substancia no estado padrão

SUBSTÂNCIAS NO ESTADO PADRÃO (H=0)
O2(s), N2(g), H2(g), Cl2(g), Br2(l), I2(l), Al2(l), Fe(s), Ca(s), Na(s), Ag(s), Au(s), C(grafite), S(rômbio), P(vermelho)

SUBSTÂNCIAS FORA DO ESTADO PADRÃO (H diferente de 0)
O2(l), O3(g), N2(l), H2(s), Br2(s), Al(l), Hg(s), Ca(l), Na(l), C(diamante), S(monoclínico), P(branco)

Termoquímica

 Termoquímica estuda a energia absorvida ou liberada durante uma reação química ou transformação física.

Assim, temos dois tipos de reações termoquímicas:

- Reações exotérmicas

 Nesta reação ocorre a liberação de calor, como por exemplo, a queima do gás de cozinha 

(C₃H₈ + 5O₂ -> 3CO₂ + 4H₂O + calor).

Outros exemplos: Solidificação e Neutralização.

 - Reações endotérmicas

 Nesta reação ocorre a absorção de calor, como por exemplo a fotossíntese. 

(6CO₂ + 6H₂O + calor -> C₆H₁₂O₆ + 6O₂).

Outros exemplos: Fusão e Vaporização.

Representação gráfica:

Concentrações: Comum e Molar

                    Para calcular concentração de uma solução é possível pensar em varias formas. No entanto, é importante percebemos que concentração relaciona a quantidade de soluto com a quantidade de solvente.
       
                 
                    Concentração Comum (c)


            Relaciona a massa de soluto contida num determinado volume de solvente:
                 
                 

                  Concentração Molar 


            Relaciona a quantidade de mols contida num determinado volume de solvente:

               
                   

Disperções

São sistemas em que uma substância é dissolvida em outra. Para isso sempre haverá o:


Solvente: é a substância em maior quantidade na solução. Por exemplo, se num copo de água de tamanho médio colocarmos uma colher de açúcar, a água será o solvente desta solução.


Soluto ou disperso: corresponde ao componente que está presente em menor quantidade numa solução. No exemplo anterior, o soluto seria o açúcar, ou seja, é o que é "misturado".

Classificação de disperções

São classificadas de acordo com o tamanho das particulas do soluto:

Solução: 

- A dimensão média das partículas é inferior a 1nm.
- São sistemas homogéneos porque são constituídos por uma única fase.
- Como exemplos podemos citar a água mineral e a atmosfera.

- Não são retidos pela ação de ultrafiltros

- Não são observados nem em microscópio eletronico.

- Não sedimentam nem pela ação de ultra centrifugas. 

Suspenções:

- A dimensão média das partículas é superior a 1 µm.

- São retidos pela ação de filtros comuns.

- São sistemas heterogéneos porque as partículas da fase dispersa conseguem distinguir-se ao microscópio ou à olho nú.

- Como exemplos podemos citar uma mistura de enxofre e água, uma mistura de farinha com água ou uma suspensão de nevoeiro, fumo e outras partículas, no seio do ar, a que chamamos smog.

- Sedimentam pela ação da gravidade.

Colóides:

- A dimensão média das partículas varia entre 1 nm e 1 µm.

- São retidos pela ação de ultrafiltros.

- Sedimentam pela ação de ultracentrífugas.

- Situam-se entre as soluções verdadeiras e as suspensões.
- As partículas só são visíveis a M.E

Densidade de gases / Densidade de dois gases

Densidade de gases

Pv=nrt (equação de clayperon)

Sabe-se que: d = m/v (densidade = massa/volume)
                      n = m/M (numero de mols = massa comum/massa molar)


Então:

pv=nrt
pv = m/M.rt (passa a massa molar multiplicando)
pv.M = mrt [passa o r(constante geral dos gases) e o t(temperatura) dividindo]
pvM/rt= m [passa o v(volume) dividindo]
pM/rt = m/v (substitui m/v por densidade)
d = pM/rt

Densidade relativa de dois gases

da/db = p.ma/rt
             -----------   (cortando tudo fica) = ma/mb.
              p.mb/rt   




Se: da/db >1 (da>db)
da/db<1 (db>da)
da/db=1 (da=db)




CONCEITOS IMPORTANTES:

EFUSÃO: passagem de gás por um pequeno orifício.

DIFUSÃO: espalhamento de um gás pelo ambiente.

Mistura de Gases - Volume parcial de um gás - Lei de Amagat

Parecido com a ''Pressão Parcial de um Gás - Lei de Dalton'',  é o volume que um gás, colocado em uma mistura, ocuparia caso estivesse sozinho no recipiente.Foi criada pelo francês Emile Hilaire Amagat.

É dada por :

VA = XA . VT

VA = Volume parcial de um gás A
XA = Fração molar do gás A
VT = Volume total do sistema

Mistura de Gases - Pressão Parcial de um Gás - Lei de Dalton

A mistura de gases é um sistema homogêneo. Grande parte dos sistemas gasosos, como o ar que respiramos, são misturas de gases.   

* Pressão Parcial de um Gás - Lei de Dalton :

Pressão parcial, é a pressão que um gás exerce quando encontrado sozinho em um recipiente inserido em uma mistura.

Pa = Xa . Pt

Pa : Pressão parcial do gás A

Xa : Fração molar do gás A

Pt : Pressão total do sistema 

A regra da Lei de Dalton é : Em uma mistura gasosa, a pressão de cada componente é independente da pressão dos demais e a pressão total é igual à soma das pressões parciais dos componentes.

Pt = Pa + Pb + ... + Pz

Fração Molar :  Xa = na

                                 nt    

na : numero de mols do gás A

nt : numero total de mols no sistema 

                                                         Xa + Xb + ... + Xz = 1 = 100%

Volume Molar

                É  o volume ocupado por 1 mol de qualquer gás a uma dada temperatura e pressão. Qualquer gás que se encontre nas CNTP (Condições Normais de Temperatura e Pressão) ocupa um volume fixo de 22,4 L. Calcula-se a razão entre o volume e a quantidade de matéria.

                                                       1 mol CNTP ---------------- 22,4 L

Equação de Claperon

         Permite determinar as condições instantâneas da transformação gasosa. Assim como, determinar a quantidade de matéria ( mol ) existentes no sistema.Com base nas leis de Charles, Boyle e Gay-Lussac e na hipótese de Avogadro, Clapeyron estabeleceu uma relação entre as quatro variáveis físicas de um gás, que são: temperatura, pressão, volume e o número de mols. Matematicamente, essa relação é descrita da seguinte forma:

                                                           P.V=n.R.T




P = Pressão


V = Volume


n = Numero de mols  > n = massa comum / massa molar


R = Constante geral dos gases = Pressão em atm = 0,082 atm
                                                 Pressão em mmHg = 62,3 mmHg


T = Temperatura ( sempre em Kelvin )

Transformações gasosas

Transformações isotérmicas:


A temperatura (T) é constante, ou seja, o que varia é o volume (V) e a pressão (P) de forma inversamente proporcional.


Quando aumentamos a pressão sobre um gás, o volume ocupado por ele diminui, o que faz com que o produto dessas grandezas seja constante: k= constante. Portanto, PV=K.
Pi x Vi = Pf x Vf


Representação grafica:

Essa transformação também é conhecida como Lei de Boyle, em homenagem a Robert Boyle (1627-1691):

Transformações isobáricas:


A pressão (P) é constante, ou seja, quem varia é a temperatura (T) e o volume (V) de forma diretamente proporcional.
Esta relação é determinada por: V_i/T_i = V_f/T_f = K.

Graficamente podemos observar:

Essa transformação é chamada de Lei de Charles.




Transformações isocóricas ou isovolumétricas:


O volume (V) é constante. Ou seja, a temperatura (T) e a pressão (P) variam de forma diretamente proporcional. É determinada por Pi/Ti = Pf/Tf pois  o gás ao ser aquecido aumenta sua pressão, e quando resfriado diminui a sua pressão.


Graficamente:

Essa transformação é chamada de Lei de Gay-Lussac:

Váriaveis de estado físico

Em termodinâmica ,as variáveis de estado físico momentâneo do sistema são : pressão,volume e temperatura.

Pressão: num sistema gasoso fechado , é a relação entre a força exerecida por uma determinada quantidade de moléculas sobre uma dada superfície do recipiente.
Pressão atmosférica: é a força exercida pela coluna de ar existente sobre uma dada superfície.







Volume: o volume de um corpo é a quantidade de espaço que esse corpo ocupa.

Conversão de unidades: 1m³ = 10 litros = 10³dm³ = 10³+³ml

Temperatura: é uma grandeza física que mensura a energia cinética média de cada grau de cada uma das partículas de um sistema em equilíbrio térmico.

IMPORTANTE: a temperatura é sempre dada em kelvin.
Equação:                                       

 

(Temp.kelvin = temp.celcius + 273)

Teoria Cinética dos Gases

A teoria cinética dos gases foi criada com o intuito de explicar as propriedades e o comportamento interno dos gases.
É fundamental compreendermos essa teoria, para o entendimento da pressão que os gases exercem em outros corpos e em muito mais estudos sobre os gases.
Essa teoria apresenta tais características:


- Moléculas perfeitamente esféricas


- Ausência de interações intermoleculares no sistema


- Moléculas com energia cinética média diretamente proporcional à temperatura absoluta do sistema


- O gás ocupa todo o espaço do lugar onde ele esta, devido às moléculas dele se movimentarem em todas as direções


É bom lembrar que a capacidade que os gases têm de se expandir facilmente e a da grande dilatação térmica, vêm do fato de suas moléculas terem tamanho praticamente desprezível.


O criador dessa teoria foi o Daniel Bernoulli

Vapor e Gás: Diferenças

 A diferença entre gás e vapor é dada a partir da temperatura crítica. O vapor é a matéria no estado gasoso, estado esse que pode ser liquefeito com o aumento da pressão. Com o gás não acontece o mesmo. Ele é um fluido impossível de ser liquefeito com um simples aumento de pressão. Isso faz com o gás seja diferente do vapor.


Vapor:
 Vapor é uma referência dada à matéria no estado gasoso. Essa forma é capaz de estar em equilíbrio com o líquido ou o sólido do qual se fez através do aumento de temperatura.

 Exemplo: quando colocamos água para ferver, obtemos H₂O no estado de vapor, que seria àquela fumaça que sai do bico da chaleira. Se quisermos transformar esse vapor em líquido novamente, teremos a condensação.

Gás:
 Gás é um dos estados físicos da matéria. Não tem forma nem volume definidos, consiste em um aglomerado de partículas cujos movimentos são aleatórios.

 Exemplo: o gás no 'botijão'' está no estado líquido em virtude da enorme pressão dentro do recipiente no qual está contido. 

Gás

Gás não possui forma ou volume definido, não pode ser visto porque é incolor. Hoje em dia usamos gás na iluminação, como o xenônio, e na cozinha, o butano.

Os gases não apresentam volume ou densidade com números definidos pois possui um deslocamento livre das partículas
Já na química o gás é visto como uma matéria altamente difusa, onde preenche rapidamente um recipiente vazio. Existe também os gases perfeitos ou ideais, onde apresentação proporçoes diretas em molaridade, temperatura, volume e temperatura.

Entre os principais gases estão o oxigênio, nitrogênio e gás carbônico, essenciais para a sobrevivência de qualquer ser vivo.Veja por exemplo , como o gás carbônico e o gás oxigênio atuam na fotossíntese: