CONSTANTES DE EQUILÍBRIO (Kc e Kp)

PRÉ-QUÍMICO ________________________________________________________________

CONSTANTES DE EQUILÍBRIO (Kc e Kp)

Introdução

No artigo, Introdução ao Equilíbrio Químico, foi dito que uma das características do estado de equilíbrio é que a velocidade da reacção directa é igual a velocidade da reacção inversa mas também, que as concentrações dos reagentes e produtos tornam-se constantes (não se alteram), porém isto não significa que tornam-se necessariamente iguais, apenas tornam-se constantes.

Constante de Equilíbrio em função das concentrações

Para falarmos da constante de equilíbrio em função das concenttrações (Kc) é importante estarmos cientes de que a constante de equilíbrio é determinada com base nas concentrações, em mol/L, das espécies químicas envolvidas no equilíbrio, ou seja, quando se atinge o equilíbrio.

Para expressarmos matematicamente a constante de equilíbrio temos que nos basear na Lei de Velocidade assim como nas características do estado de equilíbrio. Para uma melhor compreensão, consideremos como exemplo, a reacção da formação do Iodeto de Hidrogénio (HI) a partir do Iodo e Hidrogénio que ocorre num sistema fechado e mantido à Temperatura constante. A equação da reacção é a seguir ilustrada:

H_2(g) + I_2(g) ⇌ 2HI_(g)

Como já é do nosso conhecimento, esta é uma reacção reversível, ou seja, ocorre nos dois sentidos (reacção directa e inversa), assim sendo podemos escrever as equações que ilustram as reacções directa e inversa:

Sentido directo (reacção directa):

H_2(g) + I_2(g) → 2HI_(g)

Sentido inverso (reacção inversa):

2HI_(g) → H_2(g) + I_2(g)

Deste modo, para cada uma das reacções (directa e inversa) podemos escrever a expressão da Lei de Velocidade:

Expressão da Lei de velocidade para a reacção directa:

Reacção directa: H_2(g) + I_2(g) → 2HI_(g)

V_d = K_d . [H₂] . [I₂]

Expressão da Lei de velocidade para a reacção inversa:

Reacção inversa: 2HI_(g) → H_2(g) + I_2(g)

V_i = K_i . [HI]²

Entretanto, vimos anteriormente que no equilíbrio a velocidade directa (V_d) é igual a velocidade inversa (V_i):

V_d = V_i

Acima escrevemos a expressão da lei de velocidade da reacção directa (V_d) assim como da reacção inversa (V_i), assim podemos substituir na igualdade:

V_d = V_i

K_d . [H₂] . [I₂] = K_i . [HI]²

E agora podemos fazer a relação entre as duas expressões:

Como sabemos, o quociente das constantes (K_d ÷ K_i) define uma nova constante, a qual chamaremos de Kc:

Nota: O índice “c” no símbolo “K_c” indica que a constante diz respeito as concentrações.

A relação acima mostra-nos a expressão da constante de equilíbrio em função das concentrações e expressa a Lei de Equilíbrio ou Lei de Acção de Massas.

É importante salientar que na expressão da constante de equilíbrio os produtos ficam no numerador e os reagentes no denominador.

Portanto, de um modo geral podemos dizer que a expressão geral da constante de equilíbrio em função das concentrações é dada por:

Percebemos que “P” e “R” são os coeficientes estequiométricos das espécies envolvidas no equilíbrio, assim para uma reacção genérica que é ilustrada abaixo, temos:

aA + bB  ⇌  cC + dD

Exemplos

Escreva a expressão da constante de equilíbrio para as seguintes reacções:

N_2(g) + 3H_2(g) ⇌ 2NH_3(g)

FeO_(s) + CO_(g) ⇌ Fe_(s) + CO_2(g)­

Notem que não incluímos as substâncias que estão no estado sólido, isto porque substâncias no estado líquido e sólido não “entram”na expressão da constante de equilíbrio pois têm concentração constante.

CO_2(g) + CaO_(s) → CaCO_3(s)

Notem que neste exemplo, o produto (CaCO₃) está no estado sólido pelo que não o colocámos na expressão de Kc e é por isso que no numerador colocámos apenas o número 1.

2H₂O_(l) → 2H_2(g) + O_2(g)

Kc = [H₂]² . [O₂]

Notem que não incluímos a substância que está no estado líquido, isto porque substâncias no estado líquido e sólido não “entram”na expressão da constante de equilíbrio pois têm concentração constante.

Constante de equilíbrio em termos de pressões parciais (Kp)

A constante de equilíbrio em função das concentrações é o produto das concentrações dos produtos, dividido pelo produto das concentrações dos reagentes onde cada concentração está elevada a seu coeficiente estequiométrico da equação química. E fazendo uma analogia, podemos perceber que a constante de equilíbrio em termos de pressões parciais (Kp) é idêntica a Kc, o que muda apenas são as concentrações pois neste caso teremos as pressões parciais dos participantes ao invés das concentrações. Assim para a reacção abaixo teremos:

N_2(g) + 3H_2(g) ⇌ 2NH_3(g)

Veja também: Relação entre Kc e Kp