FACTORES QUE AFECTAM O EQUILÍBRIO QUÍMICO

 PRÉ-QUÍMICO ______________________________________________________________________________

FACTORES QUE AFECTAM O EQUILÍBRIO QUÍMICO

Factores que afectam o estado de equilíbrio e O princípio de Le Chatelier

Qualquer sistema em equilíbrio está sujeito a desequilíbrios e reequilíbrios e sistemas em equilíbrio químico não fogem a regra. Quaisquer alterações (físicas ou químicas) nas condições em que as reacções ocorrem provocam igualmente alterações no estado de equilíbrio. A essas alterações chamamos de perturbações do equilíbrio e as suas consequências designamos de deslocamento de equilíbrio químico.

Deslocamento do equilíbrio químico

Quando uma alteração (física ou química) afecta um sistema em equilíbrio causa uma perturbação no estado de equilíbrio e a principal consequência é que uma das reacções (directa ou inversa) irá ocorrer com maior velocidade que a outra, ocorrendo assim um desequilíbrio, no entanto, o que vai acontecer é que depois de algum tempo um novo estado de equilíbrio será alcançado, logicamente que a posição do novo equilíbrio não vai ser o mesmo que do equilíbrio anterior por isso dizemos que houve um deslocamento do equilíbrio.

A questão do deslocamento do equilíbrio foi estudada pelo químico francês, Henry Louis Le Chatelier que posteriormente propôs uma generalização que ficou conhecida como Princípio de Le Chatelier, que diz “quando uma acção externa afecta um sistema em equilíbrio, o equilíbrio desloca-se no sentido de anular ou minimizar esta acção externa”.

Assim, os factores que afectam o estado de equilíbrio são: Concentração, Temperatura e Pressão.

•  O efeito da variação da concentração no deslocamento do equilíbrio químico

Na Cinética Química aprendemos que o aumento da concentração aumenta a velocidade da reacção e a diminuição da concentração diminui a velocidade da reacção. Este princípio ainda é válido aqui. Sabe-se que as reacções reversíveis ocorrem em dois sentidos (velocidade directa e inversa):

Tomando como exemplo a reacção acima,  se aumentarmos as concentrações dos reagentes, H₂ e I₂ (ou de um deles) logicamente que a reacção directa irá ocorrer com maior velocidade que a reacção inversa, deste modo o equilíbrio estará deslocado para a direita (sentido de produção do HI). Agora temos que perceber o porquê disso acontecer:

Inicialmente o sistema estava em equilíbrio porém com o aumento da concentração dos reagentes (ou de um deles) a velocidade da reacção directa tornou-se maior que a da reacção inversa, isso acontece porque o sistema que estava em equilíbrio sofreu uma perturbação no seu estado de equilíbrio e agora reage a essa perturbação e tende a alcançar um novo equilíbrio, no entanto, como há maior quantidade de reagentes a única forma de alcançar-se um novo equilíbrio é consumindo as quantidades acrescentadas e o sentido de consumo dos reagentes é o da formação de produtos, é por isso que o aumento da concentração dos reagentes desloca o equilíbrio no sentido de formação dos produtos.

Agora se ao invés de aumentarmos a concentração dos reagentes aumentarmos a concentração dos produtos, o efeito será o mais ou menos o mesmo, isto porque a velocidade da reacção inversa será maior que a da reacção directa e como consequência o equilíbrio estará deslocado para a esquerda (sentido de regeneração dos produtos em reagentes). Se considerarmos o exemplo acima exposto, estaríamos a dizer que com o aumento da concentração do HI o equilíbrio deslocaria no sentido dos reagentes (H₂ e I₂).

Agora olhando numa outra perspectiva, ou seja, tendo em conta a diminuição da concentração, o que vai acontecer é exactamente o inverso daquilo que acontece quando há um aumento da concentração. Se a concentração dos reagentes é diminuída a velocidade da reacção directa será menor que a velocidade da reacção inversa e o equilíbrio vai deslocar-se no sentido de formação de reagentes. Agora temos que perceber o porquê disso acontecer:

Voltemos à equação da reacção:

Vamos a seguir escrever as equações das reacções directa e inversa:

Sentido directo:

H_2(g) + I_2(g) → 2HI_(g)

Sentido inverso:

2HI_(g)→ H_2(g) + I_2(g)

Conforme foi dito, se a concentração dos reagentes H₂ e I₂ for diminuída o equilíbrio desloca-se para a esquerda, justamente no sentido de formar mais reagentes,  pois a velocidade da  reacção inversa será maior que a velocidade da reacção directa.

E é fácil perceber que a reacção inversa é:

2HI_(g) → H_2(g) + I_2(g)

E neste caso, os produtos (H₂ e I₂) são os nossos reagentes na reacção directa, portanto, se esta reacção inversa ocorrer com maior velocidade que a reacção directa logicamente que mais produtos (neste caso H₂ e I₂) serão formados e é por essa razão que a diminuição da concentração dos reagentes desloca o equilíbrio para o lado dos próprios reagentes.

E se fizessémos o contrário e agora fosse diminuída a concentração dos produtos (no nosso exemplo, a concentração do HI), o equilíbrio se deslocaria para a directa, no sentido de produção de HI já que a velocidade da reacção directa será maior que a velocidade da reacção inversa.

Vejamos novamente as equações abaixo:

Sentido directo:

H_2(g) + I_2(g) → 2HI_(g)

Sentido inverso:

2HI_(g) → H_2(g) + I_2(g)

Na reacção directa, o HI é o nosso produto e na reacção inversa é o nosso reagente, ora, se a velocidade directa for maior que a velocidade inversa significa que mais HI estará ser produzido e é por isso que a diminuição da concentração dos produtos desloca o equilíbrio para o lado de formação dos próprios produtos.

Genelarizando podemos afirmar que:

O aumento da concentração de um dos reagentes provoca o deslocamento do equilíbrio no sentido dos produtos. Já o aumento da concentração de um dos produtos desloca o equilíbrio no sentidos dos reagentes.

A diminuição da concentração de um dos reagentes provoca o deslocamento do equilíbrio no sentido dos próprios reagentes (ou seja, desloca o equilíbrio para o lado onde houve diminuição). Já a diminuição da concentração de um dos produtos provoca o deslocamento do equilíbrio no sentido dos próprios produtos (ou seja, desloca o equilíbrio para o lado onde houve diminuição).

·         O efeito da variação da pressão no deslocamento do equilíbrio químico (participantes gasosos)

A pressão e volume são grandezas inversamente proporcionais à temperatura constante. Consequentemente com o aumento da pressão ocorre a diminuição do volume e o equilíbrio desloca no sentido do menor volume (menor número de moles) , ou seja, a pressão aumenta e o volume diminui.

Para explicar como isso acontece, consideremos a equação da reacção a seguir:

2NO_(g) + O_2(g) ⇌ 2NO_2(g)

A seguir temos que ver qual é o lado com menor volume (menor número de moles):

2NO_(g) + 1O_2(g) ⇌ 2NO_2(g)

2 mol + 1 mol  ⇌  2 mol

3 mol _________ 2 mol.

Como vemos o lado onde há menor número de moles é o lado dos produtos (lado direito), portanto ao aumentarmos a pressão o equilíbrio irá deslocar para o lado direito (lado da formação de NO₂), isto porque ao aumentarmos a pressão o volume estará a diminuir uma vez que a pressão e o volume são grandezas inversamente proporcionais à temperatura constante.

Conforme foi referenciado acima, a pressão e volume são grandezas inversamente proporcionais à temperatura constante. Consequentemente com a diminuição da pressão ocorre o aumento do volume e o equilíbrio desloca no sentido do maior volume, ou seja, a pressão diminui e o volume aumenta.

A seguir temos que ver qual é o lado com maior volume (maior número de moles):

2NO_(g) + 1O_2(g) ⇌ 2NO_2(g)

2 mol + 1 mol   ⇌  2 mol

3 mol _________ 2 mol

Como vemos o lado onde há maior número de moles (maior volume) é o lado dos reagentes, portanto, se diminuirmos a pressão o equilíbrio irá deslocar para o lado de maior volume (maior número de moles), considerando o nosso exemplo, o equilíbrio neste caso deslocaria para a esquerda, no sentido de NO e O₂.

Genelarizando podemos afirmar que:

O aumento da pressão provoca o deslocamento do equilíbrio no sentido (lado) onde há menor número de moles (menor volume). Já a diminuição da pressão provoca o deslocamento do equilíbrio para o lado onde há maior número de moles (maior volume).

• O efeito da variação da temperatura no deslocamento do equilíbrio químico

Na Termoquímica aprendemos que as reacções químicas podem ser classificadas quanto ao efeito energético em Exotérmicas e Endotérmicas:

• Reacções Exotérmicas – são aquelas que ocorrem com libertação de calor. O delta H, (ΔH)  é um valor negativo, ou seja, menor que zero (ΔH < 0).
• Reacções Endotérmicas - são aquelas que ocorrem com absorção de calor. O delta H (ΔH) dessas reacções é um valor positivo, ou seja, maior que zero (ΔH > 0).

No entanto, sabe-se que as reacções reversíveis ocorrem nos dois sentidos (direto e inverso). Assim, se a reacção directa for exotérmica, ou seja, ocorrer com libertação de calor , a reacção inversa será por sua vez endotérmica, ou seja, ocorrerá com absorção de calor e vice-versa:

Observem:

Deste modo, num sistema em equilíbrio o aumento da temperatura, favorece quem precisa, necessita de calor para ocorrer, neste caso a reacção endotérmica, portanto o aumento da temperatura desloca o equilíbrio para o lado da reacção endotérmica.

E a diminuição da temperatura vai favorecer quem liberta calor, neste caso a reacção exotérmica. Portanto, a diminuição da temperatura desloca o equilíbrio para o lado da reacção exotérmica.

• Acção do catalisador

Um catalisador aumenta igualmente as velocidades das reacções directa e inversa de modo que nenhum dos sentidos da reacção (directo ou inverso) é favorecido. Portanto, o catalisador não desloca o equilíbrio, ele só faz com que o estado de equilíbrio seja alcançado com maior rapidez.

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