Equilíbrio Químico: Constante de equilíbrio

Uma reação química reversível se processa nos sentidos direto e inverso. No início só existem os reagentes. Após o início da reação direta (v₁), passa então a ocorrer a reação inversa (v₂), convertendo produtos novamente em reagentes.

No início, a concentração de reagentes é máxima e por isso a velocidade da sua conversão (desaparição) é alta no início da reação e tende a diminuir com o tempo. Com os produtos, a situação é inversa. Sua concentração inicial é nula e tende a aumentar com o tempo. Depois de algum tempo as concentrações não se alteram mais pois o sistema entra em equilíbrio. A partir do instante em que o equilíbrio é atingido v₁ = v₂.

A equação da velocidade para o processo direto será:   V₁ = k₁[A]^a[B]^b

A equação da velocidade para o processo inverso será: V₂ = k₂[M]^m[N]ⁿ

Como no equilíbrio V₁ = V₂, temos

k₁[A]^a[B]^b = k₂[M]^m[N]ⁿ

Então, isolando os valores de k₁ e k₂, e substituindo k₁/k₂ por K_c, temos 

K_c é a constante de equilíbrio para o sistema em função da concentração de reagentes e produtos depois que o equilíbrio é atingido.

Para equilíbrios gasosos,  a constante de equilíbrio para a reação pode ser dada em função das pressões parciais dos gases participantes. Neste caso temos K_p.

Para equilíbrios heterogêneos, a concentração do reagente sólido permanece constante durante a reação e por isso não aparece na expressão do equilíbrio.

CaCO_3(s)   =   CaO_(s)   +   CO_2(g)

Kc = [CO₂]        e        Kp = (pCO₂)

O valor da constante de equilíbrio nos dá uma dimensão das concentrações de produtos e reagente quando o equilíbrio é alcançado:

Se K_c ou K_p > 1   a concentração de produtos predomina sobre a de reagentes.

Se K_c ou K_p < 1   a concentração de reagentes predomina sobre a de produtos.

Se K_c ou K_p = 1   as concentrações de produtos e reagentes são iguais.

O valor da constante de equilíbrio só depende da temperatura e não da concentração ou pressões das espécies participantes.

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Exemplo 1

(UFU - MG) Numa das etapas da obtenção industrial do ácido sulfúrico ocorre a transformação do dióxido em trióxido de enxofre, de acordo com:

2 SO_2(g)   +   1 O_2(g)   =>   2 SO_3(g)

Medindo-se as concentrações dos componentes da reação à temperatura constante em função do tempo, obtém-se o seguinte gráfico.

a) As curvas A, B e C pertencem a qual componente da reação? Justifique.

A curva A pertence ao produto, pois sua concentração é nula no início e aumenta com o passar do tempo.

A curvas B e C pertencem aos reagentes, pois duas concentrações não são nulas no início e decrescem com o passar do tempo. A curva C corresponde ao SO₂, pois para cada molécula de O₂ consumida são utilizadas 2 do SO₂.

b) O que acontece no tempo t₁?

A partir do tempo t₁ as velocidades das reações direta e inversa são iguais e as concentrações não mais se alteram. A partir deste tempo o sistema entra em equilíbrio.

c) Calcule o valor aproximado de K_c para a reação.

K_c = [SO₃]² / [SO₂]² . [O₂]

K_c = (0,5)² / (0,35)² . (0,15)

K_c = 0,25 / 0,1225 . 0,15

K_c = 0,25 / 0,0184

Kc = 13,6 L/mol

O valor da constante é maior que 1, ocorre predomínio dos produtos na condição de equilíbrio.