Química sem limites

A Constante de Equilíbrio

A constante de equilíbrio termodinâmico é definida como \text{K}_{\text{eq}}=\frac{^{\text{m}}^{\text{n}}}{^{\text{a}}^{\text{b}}}.

A relação entre as reacções frente e reversa em equilíbrio dinâmico pode ser expressa matematicamente no que se conhece como expressão de equilíbrio, ou expressão de Keq. Na maioria das vezes, esta expressão é escrita em termos das concentrações dos vários reagentes e produtos, e é dada por:

\texto{K}_{\texto{eq}}==frac{^{\texto{m}}^{\texto{n}}{^{\texto{a}}^{{\texto{b}}}

p>espécies entre parênteses representam as concentrações de produtos, que estão sempre no numerador, e reagentes, que estão sempre no denominador. Cada uma das concentrações é elevada a uma potência igual ao coeficiente estequiométrico para cada espécie.

Derivação da Expressão de Equilíbrio da Lei de Acção de Massa

Considerar a seguinte reacção geral, reversível:

texto{aA}++texto{bB}}}rightleftharpoons \text{mC}+\text{nD}

Partindo do princípio de que esta reacção é um passo elementar, podemos escrever as leis de taxa tanto para as reacções à frente como para as reacções invertidas:

text{a}_{\i1}text{k}_1^^^text{a}{b}

text{reverso}_{\i}_{\i1^text{k}_2^text{m}_text{n}

No entanto, sabemos que as taxas de reacção para a frente e para trás são iguais em equilíbrio:

text{k}_1^^text{a}^text{b}==text{k}_2^text{m}^text{n}

Rearranjando esta equação e separando as constantes de taxa dos termos de concentração, obtemos:

frac{\i}{k}_1}{\i1}{k}_2}=frac{\i}{m^text{n^text{n}{\i}{\i>text{a}{b}{p>Notificação de que o lado esquerdo da equação é o quociente de duas constantes, que é simplesmente outra constante. Simplificamos e escrevemos esta constante como Keq:

\i>frac{\i}_1}{\i1}{\i1}{\i1}{\i1}_2}=text{K}_{\i}{\i1}=frac{\i}{\i}{\i1}{\i1}frac{\i}{\i}{\i1}p>p>Cuidado que as únicas espécies que devem ser incluídas na expressão Keq são os reagentes e produtos que existem como gases ou que estão em solução aquosa. Os reagentes e produtos nas fases sólida e líquida, mesmo que estejam envolvidos na reacção, não estão incluídos na expressão Keq, uma vez que estas espécies têm actividades de 1,

“Actividade” é um termo em química física utilizado para descrever a concentração ideal de uma substância. A actividade para sólidos e líquidos é 1, pelo que têm essencialmente uma concentração constante de 1, e por isso não têm qualquer efeito na expressão Keq. Como tal, eles são omitidos.

Prever a direcção de uma reacção a partir do valor de Keq

Ao olhar para a expressão Keq, devemos notar que é essencialmente uma relação que relaciona as concentrações de produtos com as concentrações de reagentes em equilíbrio. Se conhecermos o valor de Keq, podemos tirar algumas conclusões sobre a termodinâmica das reacções para a frente e para trás. Estas conclusões são resumidas da seguinte forma:

• A valor de Keq de << 1 é indicativo de que a reacção inversa é altamente favorecida em relação à reacção directa, e as concentrações de reagentes são muito mais elevadas do que as dos produtos em equilíbrio.
• A valor de Keq \aprox 1 é indicativo de que as reacções à frente e ao contrário são igualmente favoráveis, pois a proporção de concentrações de reagentes e produtos está próxima da unidade.
• A Keq >>1 é indicativo de que a reacção directa é altamente favorecida em relação à reacção inversa, e em equilíbrio, as concentrações dos produtos são muito maiores do que as dos reagentes.