Equilíbrio químico refere-se a um fenômeno que acontece nas reações reversíveis no qual as quantidades de reagentes e produtos se mantêm constantes. Nesse caso, é possível afirmar que a velocidade da reação direta é igual à velocidade da reação inversa.
Entende-se por reação direta aquela em que os reagentes se transformam em produtos, enquanto a sua inversa corresponde aos produtos que se transformam em reagentes. Quando isso acontece, essas reações químicas apresentam a mesma velocidade:
No primeiro membro estão os reagentes, ou seja, as substâncias que entram na reação. Já no segundo membro estão os produtos, consequentemente, as substâncias geradas na reação. A presença de duas setas com sentidos indica uma reação reversível.
v1 representa a velocidade da reação direta e v2 a velocidade da reação inversa. Em equilíbrio químico v1 = v2.
Gráfico do equilíbrio químico
No gráfico acima podemos ver o momento em que duas reações alcançam o equilíbrio químico. No começo, os reagentes A e B apresentam valores máximos, logo v1 também está no máximo. Contudo, v2 é igual a zero, pois os produtos C e D ainda não foram gerados.
No decorrer da reação, A e B diminuem, enquanto C e D aumentam, consequentemente, v1 diminui e v2 aumenta. Em um dado momento as duas velocidades se igualam v1 = v2, caracterizando o estado de equilíbrio.
Ao alcançar o estado de equilíbrio, a reação continua em um nível microscópico nos dois sentidos. Como ainda estão na mesma velocidade, as concentrações de reagentes e produtos ficam constantes.
Mas ao considerar o sistema em um nível macroscópico, como um todo, a reação parece que parou pois as reações de reagentes e produtos se mostram inalteradas indeterminadamente.
Grau de equilíbrio
O grau de equilíbrio (α) é uma grandeza que expressa a relação entre a quantidade de um reagente que foi consumido pela quantidade deste reagente no início da reação. Dito isso, essa grandeza indica a porcentagem (em mols) de uma substância até alcançar o equilíbrio químico.
α = quantidade em mols que reagiu/ quantidade inicial em mols
Atenção! O resultado do grau de equilíbrio deve ser multiplicado por 100 para que se transforme em porcentagem.
Ainda em relação ao grau de equilíbrio, algumas observações podem ser feitas:
- Quanto maior o valor de α, menor a sobra de reagentes e maior a quantidade de produtos;
- Quanto menor o valor de α, maior a sobra de reagentes e pouca formação de produtos.
Constante de equilíbrio
A constante de equilíbrio (Ke) é determinada de acordo com as quantidades de reagentes e produtos que coexistem em uma reação. Os numeradores C e D correspondem aos produtos, enquanto os denominadores A e B são os reagentes.
Essa grandeza foi criada em 1864 pelos cientistas Cato Maximilian Guldberg e Peter Waage, que denominam como “Lei de Ação das Massas” ou “Lei de Guldberg-Waage”.
Para os autores, as taxas de reação direta e sua inversa devem ser iguais no equilíbrio químico, que por sua vez pode ocorrer em dois tipos de sistemas:
- Homogêneos: os reagentes e os produtos estão em uma única fase, formando um sistema homogêneo;
- Heterogêneos: os reagentes e os produtos estão em mais de uma fase, formando um sistema heterogêneo.
Deslocamento do Equilíbrio Químico
Um sistema pode ter seu equilíbrio alterado em função de: pressão, temperatura e concentração de reagentes e produtos, mas nunca pela presença de catalisador. Esses fatore são fundamentados pelo Princípio de Le Chatelier, que afirma:
“Quando uma força externa age sobre um sistema em equilíbrio, este se desloca, procurando anular a ação da força aplicada.”
a) Pressão:
- Quando há um aumento da pressão, o equilíbrio desloca para a direita (lado de menor volume);
- Quando há uma redução da pressão, o equilíbrio desloca para a esquerda (lado de maior volume).
b) Temperatura:
- Quando há um aumento da temperatura, equilíbrio desloca para a esquerda (mesmo sentido da reação endotérmica);
- Quando há uma diminuição da temperatura, o equilíbrio desloca para a direita (mesmo sentido da reação exotérmica).
c) Concentração de reagentes e produtos:
- Quando há um aumento na concentração de A, o equilíbrio desloca para a direita;
- Quando há uma diminuição na concentração de B, o equilíbrio desloca para a esquerda.