Disciplina: Química I Unidade VI

Disciplina:

Química I

Unidade VI

Professor: Marcelino Vieira Lopes, Me.Eng. http://profmarcelino.webnode.com/blog/

Química Geral 1

Rutherford concluiu que a lâmina de ouro não era constituída de átomos maciços e pro-pôs que um átomo seria constituído de um nú-cleo muito pequeno carregado positivamente (no centro do átomo) e muito denso, rodeado por uma região comparativamente grande onde estariam os elétrons em movimentos orbitais. Essa região foi chamada de eletrosfera. Segundo o modelo de Rutherford, o tama-nho do átomo seria de 10 000 e 100 000 vezes maior que seu núcleo.

Observemos que Rutherford teve que ad-mitir os elétrons orbitando ao redor do nú-cleo, porque, sendo eles negativos, se estives-sem parados, acabariam indo de encontro ao núcleo, que é positivo.

5. Modelo Atômico Clássico

A s partículas positivas do núcleo foram chamadas de prótons.

Em 1932, Chadwick isolou o nêutron, cuja existência já era prevista por Rutherford.

Portanto, o modelo atômico clássico é cons-tituído de um núcleo, onde se encontram os prótons e nêutrons, e de uma eletrosfera, onde estão os elétrons orbitando em torno do núcleo.

-

Modelo atômico clássico

A dotando-se como padrão a massa do próton, observou-se que sua massa era prati-camente igual à massa do nêutron e 1836 vezes mais pesada que o elétron, concluindo-se que:

» ® =

Prótons, nêutrons e elétrons são denomina-dos partículas elementares ou fundamentais.

A lgumas características físicas das partí-culas atômicas fundamentais:

6. Conceitos Fundamentais

6.1. Número Atômico

N úmero atômico (Z) é o número de prótons do núcleo de um átomo. É o nú-mero que identifica o átomo.

A representação do número atômico dos átomos é:

ZE

N um átomo neutro, cuja carga elétrica total é zero, o número de prótons é igual ao número de elétrons. O número de elétrons, nesse caso, pode ser considerado igual ao número atômico.

Exempl o

O átomo de magnésio (M g) tem número atômico 12 (Z = 12).

Significado: no núcleo do átomo de M g existem 12 prótons. N o átomo neutro de M g existem 12 prótons e 12 elétrons.

Química I

• Ementa:

• Estrutura do átomo: Matéria e Energia. • Ligações Químicas. • Soluções Químicas. • Reações Químicas. • Laboratório Químico. • Química Orgânica. • Termoquímica. • Eletroquímica. • Equilíbrio Químico. • As Indústrias Químicas. Quím ic a I 2

Programa (Plano de Ensino)

1.1 MATÉRIA E ENERGIA;

1.2 Constituição elementar da matéria; 1.3 Átomos e elementos químicos;

1.4 Átomos e íons; 1.5 Tabela Periódica;

1.6 Distribuição eletrônica.

UNIDADE 2 – LIGAÇÕES QUÍMICAS

2.1 Ligações Iônicas: a formação das ligações iônicas;

2.2 Ligações Covalentes: covalentes normal e coordenada;

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Programa

UNIDADE 3– REAÇÕES QUÍMICAS 3.1.Reações químicas

3.1.1 Balanceamentos das reações químicas por método: - das tentativas e

- oxi-redução;

3.1.2 Cálculos estequiométricos nas reações químicas. 3.2 – LABORATÓRIO QUÍMICO

3.2.1 – Objetivos;

3.2.2 – Alguns aspetos de segurança no Laboratório.

UNIDADE 4 – TERMOQUÍMICA

4.1 A Primeira Lei da Termodinâmica; 4.2 Calor, Entalpia e Calorimetria; 4.3 Equações Termoquímicas. Quím ic a I 4

Programa

UNIDADE 5 – ELETROQUÍMICA 5.1 Introdução a pilha de Daniel 5.2 Células galvânicas,

5.3 Potenciais de Eletrodo; 5.4 Células Eletrolíticas;

5.5 Eletroquímica Industrial

5.6 Corrosão e Técnicas Anticorrosivas com base na eletroquímica

UNIDADE 6 – EQULÍBRIO QUÍMICO

6.1 Equilíbrios Químicos Homogêneos;

6.2 Lei do Equilíbrio Químico, Princípios de Le Chatelier;

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Programa

UNIDADE 7 – AS INDÚSTRIAS QUÍMICAS

7.1 Origem, histórico e desenvolvimento de processos químicos; 7.2 Matérias Primas;

7.3 Tecnologias Orgânicas, Inorgânicas;

7.4 Contaminações Industriais e o Meio Ambiente; 7.5 Tratamento de Efluentes.

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Bibliografia

FELTRE, Ricardo. Fundamentos da química. 2 ed. São Paulo:

Moderna, 1996.

TITO, Francisco M. P.; CANTO, Eduardo L. Química na

abordagem do cotidiano. Volume 1. 4 ed. São Paulo: Moderna,

2006.

HARTMANN, Selmo L. Química. 1 ed. Niterói, RJ: EAD/UNIVERSO, 2013.

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UNIDADE 6 – EQULÍBRIO QUÍMICO

Conceito de equilíbrio

Um equilíbrio químico é a situação em que a proporção entre as quantidades de reagentes e produtos em uma reação química se mantém constante ao longo do tempo.

Equilíbrio Químico

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Teoricamente, toda a reação química ocorre nos dois sentidos:

Reagentes  produtos e Produtos  reagentes

Contudo, em certas reações, como a de combustão, virtualmente 100% dos reagentes são convertidos em produtos, e não se observa o contrário ocorrer (ou pelo menos não em escala mensurável); tais reações são chamadas de

irreversíveis. 10

Equilíbrio Químico

Há também uma série de reações nas quais logo que certa quantidade de produto(s) é formada, este(s) torna(m) a dar origem ao(s) reagente(s); essas reações possuem o nome de reversíveis.

O conceito de equilíbrio químico praticamente restringe-se às reações reversíveis.

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Equilíbrio Químico

Reversibilidade de reações químicas

Um exemplo de reação reversível é a da produção da amônia (NH₃), a partir do gás hidrogênio (H₂) e do gás nitrogênio (N₂) — que faz parte do Processo de Haber:

N_2(g) + 3H_2(g) 2NH_3(g)

Note-se que a seta dupla ( ) significa que a reação ocorre nos dois sentidos, e que o subscrito (g) indica que a substância se encontra na fase gasosa.

Equilíbrio Químico

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• Considere o N₂O₄ congelado e incolor. À temperatura ambiente, ele se decompõe em NO₂ marrom:

N₂O₄(g)  2NO₂(g).

• Em um determinado momento, a cor pára de se alterar e temos a mistura de N₂O₄ e NO₂.

• Equilíbrio químico é o ponto em que as

concentrações de todas as espécies são constantes. ₁₄

Equilíbrio Químico

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Para um sistema qualquer representado por:

A + B C + D

A rapidez varia a partir do inicio da reação até atingir a situação de equlibrio. O gráfico a seguir mostra essa variação. V1 V2

Equilíbrio Químico

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Equilíbrio Químico

Considerando-se as variações de reagentes e produtos, temos:

Equilíbrio Químico

Deve-se salientar que quando uma reação atinge o equilíbrio ela não para. Ela continua se processando, porém tanto a reação direta como a inversa ocorrem à mesma velocidade, e desse jeito a proporção entre os reagentes e os produtos não variam .

Por outras palavras, estamos na presença de um

equilíbrio dinâmico. 18

Equilíbrio Químico

• No equilíbrio, tanto de N₂O₄ reage para formar NO₂ quanto de NO₂ reage para formar outra vez N₂O₄:

• A seta dupla significa que o processo é dinâmico. • Considere

Reação direta: A  B Velocidade = k[A] Reação inversa: B  A Velocidade = k[B]

N₂O₄(g) 2NO₂(g)

Equilíbrio Químico

• Para um equilíbrio escrevemos: • À medida que a reação progride

– [A] e [B] diminuem para uma constante,

– [C] e [D] aumentam de zero para uma constante. – Quando [A], [B] e [C], [D] são constantes, o

equilíbrio é alcançado.

– k[A] diminui para uma constante,

– k[B] aumenta de zero para uma constante. – Quando k[A] = k[B], o equilíbrio é alcançado.

A + B C + D

Equilíbrio Químico

Equilíbrio Homogêneo e Heterogêneo

Quando todas as substâncias envolvidas no equilíbrio se encontram no mesmo estado físico diz-se que temos um

equilíbrio homogêneo, que é o caso de todos os equilíbrios

apresentados aqui até então.

N_2(g) + 3H_2(g) 2NH_3(g)

Equilíbrio Químico

Analogamente, os equilíbrios onde estão envolvidas mais

de uma fase são chamados de equilíbrios heterogêneos, como

o seguinte:

Ni_(s) + 4CO_(g) Ni(CO)_4(g)

Note-se que o subscrito (s) significa que a espécie se encontra no estado sólido. Equilíbrios heterogêneos, como este, frequentemente apresentam ao menos um sólido ou um

líquido. 22

Equilíbrio Químico

Considere o gráfico abaixo:

a)Qual variável o eixo das ordenadas representa, considerando-se que o sistema atinge o equilibrio a partir de determinado tempo? Justifique.

b)Indique no gráfico, o momento em que a reação entra em equlíbrio.

c)Escreva uma equação genérica que possa ser representada ₂₃

Equilíbrio Químico

Quando uma reação química exotérmica atinge o equilíbrio, são válidas todas as afirmativas abaixo, exceto:

a) As velocidades da reação nos sentidos direto e inverso se igualam.

b) A energia de ativação é a mesma nos sentidos direto e inverso. c) A reação ocorre com liberação de calor.

d) As concentrações de reagentes e produtos permanecem inalteradas.

e) A reação inversa é endotérmica

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Equilíbrio Químico

Represente, por meio de gráfico, a rapidez da reação direta e da reação inversa até atingir o estado de equilíbrio para a reação:

2 SO₂ (g) + O₂ (g) 2 SO₃ (g) ↔

Equilíbrio Químico

(v1 e v2 são as velocidades das reações direta e inversa)

Quando se estabelece o equilíbrio químico é possível afirmar que: a) [N2] = [H2]. b) [NH3] = constante. c) [N2] = [NH3]. d) v2 > v1. e) v1 > v2 .

Considere a reação entre nitrogênio e hidrogênio:

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Equilíbrio Químico

Constantes de equilíbrio

As constantes de equilíbrio, representadas por K, são determinadas a partir de dados experimentais . Por conta da análise de uma grande quantidade de dados, chegou-se a uma expressão genérica para todos os equilíbrios: K = [produtos]/[reagentes]

Equilíbrio Químico

Constantes de equilíbrio (Kc)

As constantes de equilíbrio determinadas com base nas concentrações em mol/L, são representadas por Kc. 28

Equilíbrio Químico

Equilíbrio Químico

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Portanto, Onde: 30

Equilíbrio Químico

Equilíbrio Químico

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• Para uma reação geral

a expressão dA constante de equilíbrio para tudo em solução é

onde K_eq é A constante de equilíbrio.

aA + bB cC + dD

A constante de equilíbrio

Equilíbrio Químico

Escreva a expressão da constante de equilíbrio para as equações abaixos:

a)2NO (g) + Cl₂ (g) ↔ 2NOCl (g)

b)Fe(s) + Cu2+ _{(aq) ↔ Fe}2+ _{(aq) + Cu (s)}

c)CO₂ (g) + Ca(OH)₂ (aq) ↔ CaCO₃ (s) + H₂O (l)

Equilíbrio Químico

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Para os gases, também se pode escrever a expressão da lei de equilíbrio químico, K, em termos de pressões parciais. Para o equilíbrio:

Constantes de equilíbrio e pressões

parciais (Kp)

Equilíbrio Químico

Para expressar a lei de equilíbrio em termos das pressões parciais, basta que apenas uma das espécies do equilíbrio esteja no estado gasoso.

Escreva a expressão da constante de equlíbrio Kp para as seguintes reações:

a)H₂ (g) + I₂ (g) ↔ 2HI (g) b)CaCO (s) ↔ CaO (s) + CO (g)

Equilíbrio Químico

Ordem de grandeza das constantes de equilíbrio

• A constante de equilíbrio, K, é a razão entre produtos e reagentes.

• Conseqüentemente, quanto maior for K, mais produtos estarão presentes no equilíbrio.

• De modo inverso, quanto menor for K, mais reagentes estarão presentes no equilíbrio.

A constante de equilíbrio

Equilíbrio Químico

Ordem de grandeza das constantes de equilíbrio

• Se K >> 1, então os produtos predominam no equilíbrio e o equilíbrio encontra-se à direita.

• Se K << 1, então os reagentes predominam no equilíbrio e

o equilíbrio encontra-se à esquerda.

A constante de equilíbrio

Equilíbrio Químico

O sentido da equação química e K_eq

• Um equilíbrio pode ser abordado a partir de qualquer sentido. • Sentido direto: • temos: N₂O₄(g) 2NO₂(g)

A constante de equilíbrio

Equilíbrio Químico

O sentido da equação química e K_eq • No sentido inverso: 2NO₂(g) N₂O₄(g)

A constante de equilíbrio

Equilíbrio Químico

Outras maneiras de manipular as equações químicas e os valores de K_eq • A reação

tem

o qual é o quadrado da constante de equilíbrio para

2N₂O₄(g) 4NO₂(g) N₂O₄(g) 2NO₂(g)

A constante de equilíbrio

Equilíbrio Químico

Outras maneiras de se trabalhar as equações químicas e os valores de K_eq

• A constante de equilíbrio para o sentido inverso é o inverso daquela para o sentido direto.

N₂O₄ (g)  2NO₂(g)

Direto: Kc = (P_NO2 )2/ (P_N2O4)= 6,46 (a 100oC)

A constante de equilíbrio

Equilíbrio Químico

• Quando uma reação é multiplicada por um número, a constante de equilíbrio é elevada àquela potência. N₂O₄ (g)  2NO₂(g) Kc = (P_NO2 )2_{/ (P} N2O4)= 6,46 (a 100oC) 2N₂O₄ (g)  4NO₂(g) Kc = (P_NO2 )4_{/ (P} N2O4)2= (6,46)2 = 41,7 (a 100oC) 44

Equilíbrio Químico

Constante para a soma de reações

Se uma reação química pode ser expressa pela soma de duas ou mais reações (ou etapas individuais), então:

Kc da reação global será a multiplicação das constantes de cada uma das reações individuais.

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Equilíbrio Químico

Equilíbrio Químico

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Em determinadas condições de T e P, existe 0,5 mol/L de N2O4 em equilíbrio com 2 mol/L de NO2, segundo a equação: N2O4 (g)  2NO2 (g). Qual o valor da constante (Kc ) desse equilíbrio nessas condições e indique o sentido da reação.

Equilíbrio Químico

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