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14.6:

Cálculo das Concentrações de Equilíbrio

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Chemistry
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Calculating Equilibrium Concentrations

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As concentrações com equilíbrio desconhecido Podem ser determinadas a partir da concentração inicial dos reagentes e da constante de equilíbrio, K, para a reação. Consideremos a reação em que 0, 30 molar de nitrogénio gasoso e 0, 40 molar de oxigénio gasoso reagem para produzir gás de óxido nítrico e onde K é 0, 10. Para calcular as concentrações de equilíbrio, os valores conhecidos são tabelados numa tabela ICE.Para a alteração na concentração, o aumento ou a diminuição De cada produto ou reagente, respectivamente, é denotado por x vezes o seu coeficiente estequiométrico. A soma ou diferença é utilizada para encontrar as concentrações de equilíbrio, que são então substituídas na expressão de equilíbrio. Para resolver x, a expressão é expandida e todos os termos são colocados de um lado para a converter na forma:eixo ao quadrado mais bx mais c.Esta equação pode ser resolvida utilizando a fórmula quadrática. A resolução dos resultados em dois valores para x:0, 047 e negativo 0, 065. Como a concentração negativa de uma substância é impossível, o valor pode ser rejeitado.Utilizando 0, 047 para x, as concentrações de equilíbrio de nitrogénio, oxigénio, e óxido nítrico são 0, 25, 0, 35, e 0, 094 molar, respectivamente. A condição de quadrado perfeito é uma situação onde pode ser utilizado um atalho para evitar a fórmula quadrática. Por exemplo, as concentrações iniciais de nitrogénio e oxigénio na reação referida acima foram de 0, 30 molar cada, a equação torna-se um quadrado perfeito.Nestes casos, a equação pode ser simplificada, usando a raiz quadrada de ambos os lados para resolver x.

14.6:

Cálculo das Concentrações de Equilíbrio

Ser capaz de calcular concentrações de equilíbrio é essencial para muitas áreas de ciência e tecnologia, por exemplo, na formulação e dosagem de produtos farmacêuticos. Depois de um fármaco ser ingerido ou injetado, é envolvido tipicamente em diversos equilíbrios químicos que afetam a sua concentração final no sistema de interesse no corpo. O conhecimento dos aspectos quantitativos desses equilíbrios é necessário para calcular uma quantidade de dosagem que irá fornecer o efeito terapêutico desejado.

Um tipo mais desafiante de cálculo de equilíbrio pode ser aquele em que as concentrações de equilíbrio são derivadas das concentrações iniciais e de uma constante de equilíbrio. Para esses cálculos, uma abordagem de quatro passos é normalmente útil:

  1. Identificar a direção na qual a reação irá avançar para atingir o equilíbrio.
  2. Desenvolver uma tabela ICE.
  3. Calcular as alterações de concentração e, posteriormente, as concentrações de equilíbrio.
  4. Confirmar as concentrações de equilíbrio calculadas.

Cálculo das Concentrações de Equilíbrio

Em determinadas condições, a constante de equilíbrio Kc para a decomposição de PCl5(g) em PCl3(g) e Cl2(g) é 0,0211. O procedimento acima pode ser utilizado para determinar as concentrações de equilíbrio de PCl5, PCl3, e Cl2 em uma mistura que inicialmente continha apenas PCl5 a uma concentração de 1,00 M.

Passo 1. Determinar a direção em que a reação prossegue.

A equação equilibrada para a decomposição de PCl5 é

Eq1

Como apenas o reagente está presente inicialmente, Qc = 0, e a reação irá prosseguir para a direita.

Passo 2. Desenvolver uma tabela ICE.

     PCl5 (g)        PCl3 (g)      Cl2 (g)  
Concentração Inicial (M) 1,00 0 0
Alteração (M) x +x +x
Concentração em Equilíbrio (M) 1,00 − x x x

Passo 3. Resolver para a alteração e as concentrações de equilíbrio.

Substituir as concentrações de equilíbrio na equação da constante de equilíbrio dá

Eq2

Uma equação do formato ax2 + bx + c = 0 pode ser rearranjada para resolver para x:

Eq3

Neste caso, a = 1, b = 0,0211, e c = −0,0211. Substituir os valores apropriados para a, b, e c produz:

Eq4

As duas raízes da quadrático são, portanto,

Eq5

Para este cenário, apenas a raiz positiva é fisicamente significativa (as concentrações são zero ou positivas), e por isso x = 0,135 M. As concentrações de equilíbrio são

Eq6

Passo 4. Confirmar as concentrações de equilíbrio calculadas.

A substituição na expressão para Kc (para verificar o cálculo) dá

Eq7

A constante de equilíbrio calculada a partir das concentrações de equilíbrio é igual ao valor de Kc dado no problema (quando arredondado para o número adequado de valores significativos).

Este texto foi adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 13.4 Equilibrium Calculations.

Suggested Reading

  1. Lim, Kieran F. "Using graphics calculators and spreadsheets in chemistry: Solving equilibrium problems." Journal of Chemical Education 85, no. 10 (2008): 1347. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ed085p1347