Equilíbrio químico
Produzido por Philip Canabarro BlockerTeoria
Atividade
Antes de falar sobre o equilíbrio químico, vamos falar sobre uma nova grandeza, a atividade.
Como já vimos anteriormente, a função de Gibbs é muito importante no estudo das misturas e do equilíbrio. Vamos lembrar, como visto no capítulo de fugacidade, que a função de Gibbs molar parcial é dada por
A fim de tornar essa função um pouco mais engolível a grandeza atividade () foi criada e é igual a
Para uma solução ideal a atividade fica da forma
E para uma condição de gás perfeito
Então podemos escrever a função de Gibbs em função da atividade
A variação da função de Gibbs
Como já sabemos que, no equilíbrio, então podemos derivar a equação a cima para achar novas relações. Essa derivação é meio chatinha e não é tão importante, o importante aqui é a definição do , e o que é isso?
O é a variação da função de Gibbs que ocorreria se a reação toda se deslocasse para a direita ou para a esquerda, consumindo toda a água ou produzindo toda a água possível, respectivamente.
Vamos definir da seguinte forma, com relação aos coeficientes estequiométricos , a função de gibbs e os componentes e .
Equilíbrio químico
Agora vamos estudar como funciona o equilíbrio quando uma reação química é envolvida. Vamos pegar um exemplo na qual vapor d’água, hidrogênio e oxigênio se encontrem num recipiente fechado.
A reação que acontece nesse recipiente é da forma
É muito importante que os coeficientes estequiométricos (2 para a água, 2 para o hidrogênio e 1 para o oxigênio) estejam corretos, pois o equilíbrio depende destes coeficientes.
No caso do nosso exemplo teremos
Repare que o hidrogênio e o oxigênio por estarem do outro lado da reação vão ter sinais positivos, nesse caso a reação ocorre da esquerda para a direita porque estamos consumindo água para gerar hidrogênio e oxigênio.
Show de bola! Vamos fazer umas continhas então para ver como isso fica na prática!
Vamos determinar o valor de para a reação a 25°C e 100 kPa.
Primeiro é importante frisar que, no estado padrão (100 kPa e 298K) a função de Gibbs de formação para substâncias puras é nula logo
Agora precisamos da função de Gibbs de formação para a água nesse estado que é tabelada e igual a
Agora basta calcular
Este exemplo é possui vários termos nulos pelo fato de estar trabalhando na temperatura e pressão ambiente, caso contrário é necessário que utilizemos a variação entre a função de Gibbs molar parcial do componente () e a função de Gibbs de formação a temperatura ambiente ().
Vamos fazer o exemplo da água novamente, mas desta vez a 300K (dois Kelvin a cima da temperatura ambiente).
Agora, a função de Gibbs já não é mais nula para elementos puros. Vamos proceder da seguinte forma, calculando a função de Gibbs da forma clássica
A maioria dessas grandezas é tabelada e temos portanto que
Desta forma vamos ter que
Devemos fazer isso para todos os componentes lembrando que para elementos que não são puros, como a água, devemos adicionar a função de Gibbs de formação
Como o processo é muito parecido para todos os elementos vamos deixar para trabalhar melhor isso nas questões mais à frente!
Mas vale dar uma outra dica aqui para agilizar toda essa contaralhada. Podemos calcular da seguinte forma
Que, no nosso exemplo, ficaria mais ou menos assim:
Constante de equilíbrio químico
Se lembra quando mencionamos quea derivação da equação não era muito importante? Realmente não é mas caso você tenha ficado curioso ela fica mais ou menos assim, considerando os componentes e como sendo água, hidrogênio e oxigênio (apenas para entender melhor, mas poderiam ser outros e até mais componentes).
Aqui aparece um termo que não estamos familiarizados que é o , esse termo significa uma variação infinitesimal da reação, para um lado ou para outro. Além disso, aliado ao coeficiente estequiométrico, ele representa a variação do número de mols de um componente. Podemos exemplificar isso com o componente do nosso exemplo.
Por isso foi útil definir
Aí olha só que legal que fica se substituirmos os termos da equação pelo termo
Vamos dar uma explicada em como isso aconteceu. O termo aglutinou os termos mas como tem um parêntesis o coeficiente estequiométrico entrou e ficou sendo multiplicado por , devido à propriedade dos logaritmos pode-se passar o para dentro do como um expoente.
Como já sabemos que então vamos ter
Sendo assim
Para simplificar a vida chamamos o termo dentro do parêntesis de olha que prático!
Lembrando que a nossa reação é da forma
E esse é a constante de equilíbrio que a gente já viu várias vezes no colégio enquanto estudava química! Quanto maior o valor de mais a reação se desloca para a direita.