Reagente limitante → reagente que numa reação química é totalmente consumido, limitando o máximo de produto formado.
Reagente em excesso → reagente que nunca se esgota, sendo parcialmente consumido.
Rendimento de reações químicas
Reação química completa→ reação em que se esgota pelo menos um dos reagentes e toda a quantidade de reagente limitante é convertido em produto. No caso de não existir reagente limitante, esgotam-se todos os reagentes. É dada por:
A+B→C+D
Reação química incompleta→ reação em que nenhum reagente se esgota totalmente e coexistem reagentes e produtos da reação. É dado por:
A+B⇌C+D
A reação direta é A+B→C+D e a reação inversa é C+D→A+B. O rendimento desta reação não é de 100%. Mas sim dado por:
Um sistema encontra-se em equilíbrio químico quando a nível molecular a reação ocorre sem que as propriedades macroscópicas se alterem.
Constante de equilíbrio
Representa-se por Kc e para a reação aA+bB⇌cC+dD é dada por:
Kc=[A]ea×[B]eb[C]ec×[D]ed
A constante de equilíbrio permite retirar conclusões acerca da extensão das reações:
Kc elevado → reação muito extensa no sentido direto, ou seja, o equilíbrio encontra-se muito deslocado no sentido da formação de produtos.
Kc baixo → reação muito extensa no sentido inverso, ou seja, o equilíbrio encontra-se muito deslocado no sentido da formação de reagentes.
Quociente da reação
Representa-se por Qc, sendo semelhante à constante de equilíbrio, no entanto, utiliza-se para situações em que o sistema não se encontra em equilíbrio. Para a reação aA+bB⇌cC+dD é dada por:
Qc=[A]a×[B]b[C]c×[D]d
A comparação entre a constante de equilíbrio e o quociente da reação permite determinar o sentido dominante de uma reação química:
Qc>Kc→Qc tem de diminuir até igualar Kc, favorecendo a reação inversa (←)
Qc<Kc→Qc tem de aumentar até igualar Kc, favorecendo a reação direta (→)
Qc=Kc→ o sistema encontra-se em equilíbrio químico.
Quadros de Equilíbrio
Exemplo
Observa a reação de síntese do amoníaco: N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g), onde foram introduzidos num reator de 1dm3, 3mol de N2 e 3mol de H2, sendo que reagiram 0,5mol de N2. No quadro de equilíbrio abaixo observa-se a quantidade de matéria dos diferentes componentes do sistema para os estados da reação, bem como a concentração dos mesmos em equilíbrio:
N2
⇌
H2
NH3
ninıˊcio
3mol
3mol
0mol
Δn
−x
−3x
+2x
nequilıˊbrio
3−x=2,5mol
3−3x=1,5mol
0+2x=1mol
[]equilıˊbrio
2,5mol/dm3
1,5mol/dm3
1mol/dm3
Começa-se por preencher a informação do enunciado que nos diz a quantidade de matéria dos componentes do sistema.
É também importante perceber que a variação da quantidade de matéria ao longo do tempo obedece à proporção estequiométrica referente ao equilíbrio.
Ou seja, uma vez que a proporção estequiométrica entre N2 e H2 é de 1:3, a diminuição de H2 será 3 vezes superior à variação (negativa) de N2.
Da mesma forma, a proporção estequiométrica entre N2 e NH3 é de 1:2. Logo, a variação de NH3 (positiva) será 2 vezes superior à variação de N2.
Sabendo que reagiram 0,5mol de N2, sabe-se o valor de x e calcula-se o valor da quantidade de matéria em equilíbrio que corresponde a Δn.
Efeito de perturbações no sistema
O Princípio de Le Châtelier enuncia que um sistema em equilíbrio tende a contrariar uma perturbação (variações de temperatura, concentração, pressão ou volume) que nele ocorra, por forma a retornar o estado de equilíbrio.
Perturbação
Kc
Qc
Princípio de Le Châtelier
Evolução do equilíbrio
Aumento da concentração de reagentes/Diminuição da concentração de produtos
=
Aumenta
Diminuição da concentração de reagentes/Aumento da concentração de produtos
Sentido Direto
Diminuição da concentração de reagentes/Aumento da concentração de produtos
=
Diminui
Aumento da concentração de reagentes/Diminuição da concentração de produtos
Sentido Inverso
Aumento da pressão (equivalente a diminuição do volume)
=
=
Diminuição da pressão, ou seja, diminuição da quantidade de substância formada
Sentido da formação de menor quantidade de substância
Diminuição da pressão (equivalente a aumento do volume)
=
=
Aumento da pressão, ou seja, aumento da quantidade de substância formada
Sentido da formação de maior quantidade de substância
Aumento da temperatura
Reações Exotérmicas: Diminui
Reações Endotérmicas: Aumenta
=
Promovido o sentido da reação que diminui a temperatura - sentido endotérmico
Reações Exotérmicas: Sentido inverso
Reações Endotérmicas: Sentido direto
Diminuição da temperatura
Reações Exotérmicas: Aumenta
Reações Endotérmicas: Diminui
=
Promovido o sentido da reação que aumenta a temperatura - sentido exotérmico
Reações Exotérmicas: Sentido direto
Reações Endotérmicas: Sentido inverso
Exemplo
Considera a reação de formação do monóxido de carbono:
2CH4(g)+O2(g)⇌2CO(g)+4H2(g) com ΔH<0 (Mistura introduzida num reator de 1dm3)
Considera também a tabela que representa a quantidade de matéria para os vários estados da reação: início, estado de equilíbrio 1, estado de equilíbrio 2 e estado de não equilíbrio 1.
Calcula os valores de A a H e indica a extensão e o sentido dominante da reação. Indica também o que pode ter acontecido no estado de não equilíbrio 1 para justificar os resultados obtidos e qual seria a evolução do estado de equilíbrio 2 no caso de um aumento da temperatura do sistema.
CH4
O2
⇌
CO
H2
ninıˊcio
0,8
0,5
neq1
0,4
A
B
C
neq2
0,2
0,9
0,3
D
Δn
E
F
G
H
nna~oeq1
0,7
0,35
1,2
0,2
Podemos começar por calcularA e F. CH4 e H2 encontram-se numa proporção estequiométrica de2:1, pelo que,ΔndeCH4será o dobro deH2. Assim,
ΔnCH4=0,8−0,4=−0,4mol
F será metade da variação da quantidade de substância de A. Por isso, A=0,5+(−0,2)=0,3mol
Vamos agora calcularBeC e, por conseguinte,G eH.
Se reagiram (Δn) 0,4molde CH4 então, estandoCH4eCOna mesma proporção estequiométrica, nequilıˊbrio(CO)=0,4mol=B.
Da mesma forma, comoH2está paraCH4de2:1, nequilıˊbrio(H2)=0,4×2=0,8mol=C.
Bserá igual aG eC será igual aH porque a quantidade de matéria inicial de produto é nula.
Vamos agora calcularD. Sabemos que os vários estados de equilíbrio para uma temperatura constante possuem igualKc. Por isso:
Uma vez queQcé inferior aKc, o primeiro terá de aumentar para igualar o segundo, o que favorece a reação direta. Para acontecer este desequilíbrio, deverá ter havido adição de O2 ao sistema.
No caso de um aumento da temperatura do sistema, este irá evoluir no sentido de a diminuir, isto é, no sentido endotérmico. Uma vez que a reação direta é exotérmica, o aumento da temperatura favorece a reação inversa.
Podem existir equilíbrios químicos em reações completas?
Não, numa reação completa os reagentes ou o reagente limitante esgota-se na totalidade, originando produto, o que significa que não coexistem reagentes e produtos da reação.
O rendimento tem em conta o reagente em excesso?
Não, o rendimento tem em conta o reagente limitante pois é aquele que pode esgotar-se na totalidade, originando o máximo de produto, pois está em menor proporção
Beta
Eu sou o Vulpy, teu companheiro de estudo de IA! Vamos estudar juntos.