FACTORES QUE AFECTAM O EQUILÍBRIO QUÍMICO

FACTORES QUE AFECTAM O ESTADO DE EQUILÍBRIO

Tal como acontece em qualquer sistema em equilíbrio, os sistemas em equilíbrio químico estão sujeitos a desequilíbrios e reequilíbrios.

Deslocamento do equilíbrio e o Princípio de Le Chatelier

Quando os sistemas em equilíbrio químico experimentam quaisquer modificações (alterações) quer físicas ou químicas tais modificações provocam igualmente alterações no estado de equilíbrio. A essas modificações (alterações) chamamos de perturbações do equilíbrio e as suas consequências designamos de deslocamento de equilíbrio químico.

Quando um sistema em equilíbrio sofre uma perturbação no seu estado de equilíbrio, este sistema tende a agir contra esta perturbação, ou seja, o sistema reage a esta perturbação com o objectivo de alcançar um novo equilíbrio, no entanto, a posição do novo equilíbrio não é a mesma que do equilíbrio anterior, por isso diz-se que houve um deslocamento do equilíbrio.

O deslocamento do equilíbrio foi estudado pelo químico francês, Henry Louis Le Chatelier que mais tarde chegou a uma conclusão 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 o feito desta acção externa”.

Portanto, os factores que afectam o estado de equilíbrio são:

• Concentração;
• Temperatura e;
• Pressão.

EFEITO DA VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO

Quando falámos dos factores que afectam a velocidade da reacção dissemos que a velocidade de uma reacção depende da concentração. Quanto maior for a concentração maior é a velocidade da reacção.

Para explicarmos o efeito da variação da concentração no deslocamento do equilíbrio, consideremos a equação da reacção a seguir:

• Aumento da concentração dos reagentes

Como já se sabe, o aumento da concentração aumenta igualmente a velocidade da reacção química. No entanto, acontece que as reacções reversíveis ocorrem nos dois sentidos (sentido directo e inverso ou velocidade directa e velocidade inversa), assim, se aumentarmos a concentração dos reagentes (ou de um deles), neste caso, se aumentarmos a concentração do N­₂ e H₂ (ou de um deles), a velocidade da reacção directa (velocidade directa) será maior que a velocidade da reacção inversa, consequentemente o equilíbrio desloca-se para a direita, ou seja, desloca-se no sentido de formação do NH₃.

Isso acontece porque anteriormente, o sistema estava em equilíbrio mas com o aumento da concentração dos reagentes houve uma perturbação no estado de equilíbrio e na sequência o sistema reage a essa perturbação de modo a alcançar um novo equilíbrio.

 Entretanto, o que causou esta perturbação do equilíbrio foi justamente o aumento da concentração dos reagentes, portanto, para que um novo equilíbrio seja alcançado é necessário que as quantidades acrescentadas diminuam, ou seja,  a concentração dos reagentes diminua e o sentido de diminuição (consumo) dos reagentes é o sentido de formação dos produtos e é justamente por esse motivo que o aumento da concentração dos reagentes provoca o deslocamento do equilíbrio no sentido de formação dos produtos.

• Aumento da concentração dos produtos

Para uma melhor compreensão vamos escrever as equações das reacções directa e inversa para a seguinte reacção:

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)

Assim, quando se aumenta a concentração dos produtos, neste caso, se aumentarmos a concentração de NH₃, a velocidade da reacção inversa torna-se maior que a velocidade da reacção directa e como consequência o equilíbrio desloca-se para a esquerda, ou seja, desloca-se no sentido de formação de reagentes e isso se explica por uma simples razão:

No exemplo acima, vê-se que na reacção inversa o NH₃ é o reagente e na reacção directa, o NH₃ é o produto, assim, quando se aumenta a concentração de NH₃ o equilíbrio desloca-se no sentido de consumir a quantidade de NH₃ que foi acrescentada para que um novo equilíbrio seja alcançado, no entanto, acontece que o sentido de diminuição (consumo) de NH₃ é o sentido de formação de N₂ e H₂ que são os reagentes na reacção directa e é por isso que o aumento da concentração dos produtos provoca o deslocamento do equilíbrio no sentido dos reagentes.

• Diminuição da concentração dos reagentes

Para uma melhor compreensão vamos escrever as equações das reacções directa e inversa para a seguinte reacção:

 

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)

Se a concentração dos reagentes é diminuída, a velocidade da reacção directa irá tornar-se menor que a velocidade da reacção inversa e como consequência, o equilíbrio irá deslocar-se no sentido dos próprios reagentes, ou seja, o equilíbrio desloca-se no sentido onde houve a diminuição e isso se explica por uma simples razão:

Como se vê, o N₂ e o H₂ são os reagentes na reacção directa e o NH₃ é o produto e na reacção inversa, o NH₃ é o reagente e o N₂ e o H₂ são os produtos, assim, quando se diminui a concentração dos reagentes (N₂ e H₂) na reacção directa, a velocidade da reacção directa torna-se menor que a velocidade da reacção inversa.

A reacção inversa é:

2NH_3(g) → N_2(g) + 3H_2(g) 

E neste caso, os produtos (H₂ e N₂) 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 N₂) serão formados e é por essa razão que a diminuição da concentração dos reagentes desloca o equilíbrio para o lado dos próprios reagentes.

• Diminuição da concentração dos produtos

Quando a concentração dos produtos é diminuída, a velocidade da reacção directa tornar-se maior que a velocidade da reacção inversa e como consequência, o equilíbrio irá deslocar-se no sentido dos próprios produtos, ou seja, o equilíbrio desloca-se no sentido onde houve a diminuição e isso se explica por uma simples razão:

Conforme já sabemos, o N₂ e o H₂ são os reagentes na reacção directa e o NH₃ é o produto e na reacção inversa, o NH₃ é o reagente e o N₂ e o H₂ são os produtos, assim, quando se diminui a concentração dos produtos, neste caso a concentração de NH₃ (que é reagente na reacção inversa) a velocidade da reacção directa torna-se maior que a velocidade da reacção 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)

Na reacção directa, o NH₃ 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 MH₃ 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).

EFEITO DA VARIAÇÃO DA PRESSÃO

Sabe-se que a pressão e o volume são grandezas inversamente proporcionais à temperatura constante (P ∙ V = K), ou seja, isso significa que quando a pressão aumenta, o volume diminui e quando o volume aumenta, a pressão diminui.

• Aumento da pressão

Uma vez que a pressão e o volume são inversamente proporcionais à temperatura constante, consequentemente, num sistema em equilíbrio, 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.

Considerando ainda a equação da reacção de formação do Amoníaco a partir do Hidrogénio e Azoto (Nitrogénio), teremos:

1 N₂      +   3 H₂    ⇌     2 NH₃

1 mol  +   3 mol           2 mol

4 volumes                     2 volumes

Podemos ver que temos 4 mol (4 volumes) nos reagentes e 2 mol (2 volumes) nos produtos, portanto, quando se aumenta a pressão o equilíbrio desloca-se no sentido (lado) dos produtos, visto que é onde temos menor volume (menor número de moles), 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.

• Diminuição da pressão

Já se sabe que a pressão e o volume são inversamente proporcionais à temperatura constante, consequentemente, num sistema em equilíbrio, com o diminuição da pressão ocorre o aumento do volume e o equilíbrio desloca no sentido do maior volume (maior número de moles) , ou seja, a pressão diminui aumenta e o volume aumenta.

1 N₂      +   3 H₂    ⇌     2 NH₃

1 mol  +   3 mol           2 mol

4 volumes                     2 volumes

Podemos ver que temos 4 mol (4 volumes) nos reagentes e 2 mol (2 volumes) nos produtos, portanto, com a diminuição da pressão o equilíbrio desloca-se no sentido (lado) dos reagentes, visto que é onde temos maior volume (maior número de moles).

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).

EFEITO DA VARIAÇÃO DA TEMPERATURA

Para entender como a variação da temperatura afecta o estado de equilíbrio é preciso primeiro diferenciar dois tipos de reacções químicas: as reacções exotérmicas e endotérmicas:

As reacção exotérmicas são aquelas que ocorrem com a libertação de calor. O valor da variação de entalpia (∆H) é negativo, ou seja, ∆H < 0.

Já as reacções endotérmicas são aquelas que ocorrem a absorção de calor. O valor da variação de entalpia (∆H) é positivo, ou seja, ∆H > 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:

 

• Aumento da temperatura

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.

• Diminuição da temperatura

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 como que o estado de equilíbrio seja alcançado com maior rapidez.

Por: Miguel Pascoal
Graduando em Química