14.5
Quociente da Reação
A expressão de equilíbrio constante é escrita como as concentrações molares dos produtos, C e D, sobre os reagentes, A e B, em equilíbrio, cada um elevado aos seus respetivos coeficientes estequiométricos. Quando resolvida, a expressão é igual ao equilíbrio constante, Kc.Da mesma forma uma expressão também pode ser escrita para os reagentes e produtos em qualquer concentração, e a quantidade calculada é conhecida como o quociente de reação, Qc.Tal como o Qc, a expressão Qp pode ser escrita para reações gasosas utilizando pressões parciais. Enquanto K permanece constante a uma temperatura específica independentemente da concentração, o valor de Q muda à medida que a reação prossegue para os produtos ou os reagentes.
O quociente da reação pode ser utilizado para determinar a direção que a reação irá prosseguir para alcançar o equilíbrio. No início de uma dada reação, se a concentração dos produtos for zero, o quociente de reação é zero. Sempre que a concentração dos reagentes no denominador é elevado, de tal forma que Q é mais pequeno que K, a reação irá mover-se para a direita para sintetizar mais produtos até que o sistema atinja o equilíbrio.
Se a concentração dos reagentes for zero, o quociente da reação é infinito. Sempre que a concentração dos produtos no numerador é elevada, de tal forma que Q é maior que K, a reação irá deslocar-se para a esquerda para produzir mais reagentes. Se Q for igual a K, o sistema está em equilíbrio, e a taxa das reações avançadas e inversas são iguais.
Consideremos a reação dada com uma constante de equilíbrio de 50. Se a mistura da reação contém 0, 20 molar de hidrogénio, 0, 20 molar de iodo e 1, 7 molar de iodeto de hidrogénio, a direção da reação mostrada pode ser determinada calculando Q.Substituindo as Concentrações dadas na expressão, Q é igual a 72, que é maior do que K.Portanto, a reação irá deslocar-se para a esquerda.
O estado de uma reação reversível é convenientemente avaliado através do seu quociente de reação (Q). Para uma reação reversível descrita por m A + n B ⇌ x C + y D, o quociente de reação é derivado diretamente da estequiometria da equação equilibrada como
onde o subscrito c denota o uso de concentrações molares na expressão. Se os reagentes e os produtos forem gasosos, um quociente de reação pode ser derivado de forma semelhante utilizando pressões parciais:
Observe que as equações de quociente de reação acima são uma simplificação de expressões mais rigorosas que usam valores relativos para concentrações e pressões em vez de valores absolutos. Estes valores relativos de concentração e pressão são não dimensionáveis (não têm unidades); consequentemente, também os quocientes de reação.
O valor numérico de Q varia à medida que uma reação prossegue em direção ao equilíbrio; portanto, pode servir como um indicador útil do estado da reação. Para ilustrar este ponto, considere a oxidação do dióxido de enxofre:
Dois cenários experimentais diferentes são possíveis aqui, um em que essa reação é iniciada apenas com uma mistura de reagentes, SO2 e O2, e outro que começa apenas com produto, SO3. Para a reação que começa apenas com uma mistura de reagentes, Q é inicialmente igual a zero:
À medida que a reação prossegue para o equilíbrio na direção direta, as concentrações de reagentes diminuem (tal como o denominador de Qc), a concentração do produto aumenta (tal como o numerador de Qc), e o quociente de reação consequentemente aumenta. Quando se atinge o equilíbrio, as concentrações de reagentes e produto permanecem constantes, assim como o valor de Qc.
Se a reação começar apenas com o produto presente, o valor de Qc é inicialmente indefinido (incomensuravelmente grande, ou infinito):
Neste caso, a reação prossegue para o equilíbrio na direção inversa. A concentração do produto e o numerador de Qc diminuem com o tempo, as concentrações de reagentes e o denominador de Qc aumentam, e o quociente de reação consequentemente diminui, até que se torna constante em equilíbrio. O valor constante de Q exibido por um sistema em equilíbrio é chamado de constante de equilíbrio, K:
Avaliação de um Quociente de Reação
O dióxido de nitrogénio gasoso forma tetróxido de dinitrogénio de acordo com esta equação:
Quando se adiciona 0,10 mol de NO2 a um frasco de 1,0 L a 25 °C, a concentração muda de modo a que, em equilíbrio, [NO2] = 0,016 M e [N2O4] = 0,042 M. Antes da formação de qualquer produto, [NO2] = 0,10 M e [N2O4] = 0 M. Assim,
Em equilíbrio,
Este texto foi adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 13.2 Equilibrium Constants.
A expressão de equilíbrio constante é escrita como as concentrações molares dos produtos, C e D, sobre os reagentes, A e B, em equilíbrio, cada um elevado aos seus respetivos coeficientes estequiométricos. Quando resolvida, a expressão é igual ao equilíbrio constante, Kc.Da mesma forma uma expressão também pode ser escrita para os reagentes e produtos em qualquer concentração, e a quantidade calculada é conhecida como o quociente de reação, Qc.Tal como o Qc, a expressão Qp pode ser escrita para reações gasosas utilizando pressões parciais. Enquanto K permanece constante a uma temperatura específica independentemente da concentração, o valor de Q muda à medida que a reação prossegue para os produtos ou os reagentes.
O quociente da reação pode ser utilizado para determinar a direção que a reação irá prosseguir para alcançar o equilíbrio. No início de uma dada reação, se a concentração dos produtos for zero, o quociente de reação é zero. Sempre que a concentração dos reagentes no denominador é elevado, de tal forma que Q é mais pequeno que K, a reação irá mover-se para a direita para sintetizar mais produtos até que o sistema atinja o equilíbrio.
Se a concentração dos reagentes for zero, o quociente da reação é infinito. Sempre que a concentração dos produtos no numerador é elevada, de tal forma que Q é maior que K, a reação irá deslocar-se para a esquerda para produzir mais reagentes. Se Q for igual a K, o sistema está em equilíbrio, e a taxa das reações avançadas e inversas são iguais.
Consideremos a reação dada com uma constante de equilíbrio de 50. Se a mistura da reação contém 0, 20 molar de hidrogénio, 0, 20 molar de iodo e 1, 7 molar de iodeto de hidrogénio, a direção da reação mostrada pode ser determinada calculando Q.Substituindo as Concentrações dadas na expressão, Q é igual a 72, que é maior do que K.Portanto, a reação irá deslocar-se para a esquerda.
From Chapter 14:
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14.5 : Quociente da Reação
Equilíbrio Químico
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14.1 : Equilíbrio Dinâmico
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14.2 : A Constante de Equilíbrio
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14.3 : Equilíbrio para Reações Gasosas e Reações Heterogéneas
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14.4 : Cálculo da Constante de Equilíbrio
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14.6 : Cálculo das Concentrações de Equilíbrio
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14.7 : O Princípio de Le Chatelier: Alteração da Concentração
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14.8 : O Princípio de Le Chatelier: Alteração do Volume (Pressão)
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14.10 : A Suposição do x Pequeno
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