EQUILÍBRIO QUÍMICO

EQUILÍBRIO QUÍMICO

A palavra “equilíbrio” é comum entre nós. Várias vezes já ouvimos falar por exemplo, que os artistas que trabalham no circo têm “equilíbrio” pois conseguem caminhar numa corda ou então ficarem um encima do outro sem no entanto cairem. Mas também já ouvimos falar de “equilíbrio financeiro” ou equilíbrio emocional alguma vez.

Assim, a palavra “equilíbrio” é muita vezes usada para se referir a situações que podem ser consideradas calmas ou imutáveis.

Situações de equilíbrio são comuns no nosso dia-a-dia, se olharmos por exemplo para uma garrafa fechada na qual existe um vácuo (espaço “vazio”) contendo uma certa quantidade de água é possível observar que a água tenderá a evaporar rapidamente no início, entretanto, algum tempo depois verifica-se que a evaporação aparentemente pára e isso acontece porque a evaporação e a condensação ocorrem com a mesma velocidade, por isso diz-se que o sistema atingiu o equilíbrio e estes fenómenos também verificam-se em algumas reacções químicas e é por isso que no contexto da Química tais fenómenos são denominados de equilíbrio químico.

Reacções irreversíveis e reversíveis

Para estudarmos o equilíbrio químico é importante termos a noção acerca das reacções irreversíveis e reversíveis.

Reacções irreversíveis – são aquelas que ocorrem num único sentido, ou seja, aquelas que se processam por completo até que pelo menos um dos reagentes seja totalmente consumido.

Como exemplo pode-se citar a reacção entre o carbono e o oxigénio para formar o dióxido de carbono que pode ser representada pela equação química a seguir:

C_(s) + O_2(g) → CO_2(g)

Estas reacções quando ocorrem, os reagentes (ou pelo menos um deles) são consumidos na totalidade de tal modo que não é possível a partir dos produtos obtidos voltarmos a ter os reagentes iniciais.

Geralmente, as reacções irreversíveis são representadas por uma única seta (→) e que indica um único sentido tal como é possível observar no exemplo acima exposto.

Reacções reversíveis – são aquelas que ocorrem nos dois sentidos, isto é, os reagentes são consumidos porém algum tempo depois os produtos decompõem-se novamente em reagentes. Isso significa que os reagentes e produtos são consumidos e formados continuamente, e é por isso que estas reacções nunca ocorrem completamemte.

Diferentemente das reacções irreversíveis, as reacções reversíveis são geralmente representadas por duas setas viradas para lados oposos (⇌) que indicam que a reacção ocorre nos dois sentidos (sentido directo e inverso).

Por exemplo, a reacção entre o Azoto e Hidrogénio para formar o Amoníaco:

N_2(g) + 3H_2(g) ⇌ 2NH_3(g)

Considerando ainda o exemplo da produção do Amoníaco a partir do Azoto e Hidrogénio, observe:

Tal como foi dito antes, as reacções reversíveis ocorrem nos dois sentidos (directo e inverso) e na reacção acima está ilustrado isso. Nestas reacções é interessante notar que no sentido directo (velocidade directa ou reacção directa), os reagentes, neste caso N₂ e H₂ reagem entre si formando o NH₃, ou seja, a reacção se processa no sentido (→) de formação do Amoníaco (NH₃), entretanto, no sentido inverso (velocidade inversa ou reacção inversa) o Amoníaco (NH₃) regenera-se em N₂ e H₂, ou seja, a reacção se processa no sentido (←) de formação de N₂ e H₂.

Ainda assim, é fácil perceber que no sentido directo (velocidade directa, →), o N₂ e o H₂ são os reagentes e o NH₃ é o produto, porém, no sentido inverso (velocidade inversa, ←), vê-se que o NH₃ é o reagente e o N₂ e o H₂ são os produtos, deste modo, a partir destas observações pode-se concluir que:

• Nas reacções reversíveis os reagentes formam os produtos (reacção directa);
• Os produtos formados na reacção directa regenera-se em reagentes na reacção inversa;
• Os produtos formados na reacção directa são os reagentes na reacção inversa e os reagentes da reacção directa são os produtos na reacção inversa.

Assim, é possível escrever-se de forma separada as equações químicas que ilustram as reacções directa e inversa:

Reação directa (sentido directo):

N_2(g) + 3H_2(g) →  2NH_3(g)

Reacção inversa (sentido inverso):

2NH_3(g) → N_2(g) + 3H_2(g)     ou       N_2(g) + 3H_2(g)  ←  2NH_3(g)

Características do estado de equilíbrio

Tal como acontece em todas as reacções químicas, no início (t = 0) somente existem os reagentes, por isso a sua concentração no início é máxima, no entanto, a medida que o tempo passa a reacção vai se processando (ocorrendo) e os reagentes vão sendo consumidos e como consequência observa-se que a concentração dos reagentes diminui a medida que o tempo passa (ou seja, a medida que a reacção ocorre) tal como ilustra o gráfico abaixo (gráfico 1). Por outro lado, no início (t = 0) ainda não existem produtos, ou seja, a concentração dos produtos no início é zero mas a medida que a reacção vai se processando, os produtos vão sendo formados e consequentemente a sua concentração vai aumentando como é possível ver no gráfico 2.

Entretanto, quando trata-se de uma reacção reversível, observa-se que chega um momento em que ao nível macroscópico, não se observam alterações no sistema, a reacção parece ter parado, como se a reacção não estivesse mais a ocorrer e isso acontece porque a velocidade directa (V₁) é igual a velocidade inversa (V₂), ou seja, a reacção que ocorre no sentido directo ocorre com a mesma velocidade que a reacção que ocorre no sentido inverso, então dizemos que a reacção (o sistema) atingiu o Equilíbrio Químico.

Apesar das velocidades directa e inversa ocorrerem com a mesma velocidade isso não significa que as concentrações dos reagentes e produtos são obrigatoriamente iguais mas sim tornam-se constantes.

Portanto, o equilíbrio químico é atingido quando a velocidade directa (V_d ou V₁) é igual a velocidade inversa:

V_d = V_i ⇒ Equilíbrio químico

O equilíbrio químico só pode ser alcançado num sistema fechado  mantido a tamperatura constante. Um sistema fechado é aquele onde somente há troca de calor entre o sistema e o meio e não de matéria.

Definição

Equilíbrio químico – é o ESTADO DINÂMICO das reacções reversíveis onde a velocidade directa é igual a velocidade inversa (V_d = V_i­).

Graficamente pode-se representar:

Exactamente no instante t_e a reacção entra em equilíbrio químico como se vê no gráfico representado.

Entretanto, apesar de aparentemente ao nível macroscópico a reacção estiver parada, acontece que ao nível microscópico ela continua ocorrendo nos dois sentidos (directo e inverso), ou seja, a reacção vai ocorrendo continuamente sem parar só que a uma velocidade constante, por isso diz-que o equilíbrio químico é um equilíbrio dinâmico, pois a reacção não pára, ela está sempre ocorrendo nos dois sentidos.

Portanto, de um modo geral pode-se afirmar que:

• No estado de equilíbrio a velocidade directa (V_d) é igual a velocidade inversa (V_i) [Velocidade directa (V_d) = Velocidade inversa (V_i) ];
• A concentração dos reagentes e produtos não se altera, ou seja, as concentrações tornam-se constantes;
• O Equilíbrio químico é Dinâmico;
• O equilíbrio químico só pode ser alcançado num sistema fechado  mantido a tamperatura constante.

Por: Miguel Pascoal
Graduando em Química