CONSTANTE DE EQUILÍBRIO E ENERGIA DE GIBBS DE UMA REAÇÃO

UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO – UFMA

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIAS – CCET

CURSO: Química Licenciatura/Bacharelado

RELATÓRIO

CONSTANTE DE EQUILÍBRIO E ENERGIA DE GIBBS DE UMA REAÇÃO

1. INTRODUÇÃO

As reações químicas não acontecem de modo completo, isto é, quaisquer que sejam as quantidades de reagentes de partida, e por mais eficiente que seja uma reação, nunca haverá total transformação desses reagentes em produtos, sempre sobrando algo dos primeiros ao término da reação. A condição de “término” de uma reação é melhor descrita pelo conceito de equilíbrio químico. (BROIETTI; et al, 2013)

Quando se mistura duas ou mais substâncias, chamada de reagentes, elas reagem entre si originando-se substâncias distintas, denominadas de produtos da reação. Como mostra a reação genérica a seguir: A  B  C  D.

Os reagentes são A e B que produzem os produtos C e D. Analisando a reação, poderíamos ter uma reação inversa, onde, os reagentes seriam C e D que reagem dando como produtos A e B. representação: C  D  A  B.

Sendo assim, a maioria das reações são consideradas reversíveis, onde, os reagentes se transformam em produtos e estes podem reagir entre si de maneira a regenerar os reagentes iniciais. Dessa forma, as reações reversíveis tendem para um estado de equilíbrio, pois, elas acontecem nos dois sentidos da reação, e esse estado de equilíbrio é chamado de Equilíbrio Químico. Assim, temos a reação genérica:

A + B ⇌ C + D

Assim, se consideremos uma reação química genérica de estequiometria bastante simples, em que um reagente A reage com um reagente B formando um produto C. Ao colocarmos A e B em contato, suas quantidades (ou concentrações no meio reacional) são máximas e ainda não existe nada do produto C. Com o passar do tempo, as quantidades de A e B diminuem, enquanto aumenta a quantidade de C. Em algum momento, as concentrações das três substâncias não vão mais mudar com o passar do tempo (isso não significa que elas sejam iguais). Tal situação indica que a reação alcançou seu equilíbrio químico, ou seja, a composição química do sistema não muda mais. Logo, é possível determinar as concentrações de reagentes e produtos de uma reação química no equilíbrio e estabelecer o valor de uma constante de equilíbrio para a reação. (BROIETTI; et al, 2013)

Diante do exposto, se considerarmos um sistema fechado a temperatura e pressão constante vai ocorrer o que nos denominamos de estado de equilíbrio entre reagentes e produtos em uma reação química, onde, as concentrações do sistema atinge o equilíbrio refletindo a tendência intrínseca dos átomos existirem sejam como reagentes seja como produtos. A composição no equilíbrio de uma reação química corresponde ao mínimo da energia de Gibbs padrão de reação. Assim, para melhor expressar o conceito de estado de equilíbrio, imaginemos uma reação hipotética, onde, uma espécie gasosa (A) sofre uma decomposição espontânea formando ocasionando assim a formação de outra espécie gasosa (B).

A B

Se as espécies A e B forem gases perfeitos podemos utilizar a expressão do potencial químico, onde:

μ= μ^°+ RT ln⁡〖P_A/P_B 〗

∆_r G= μ_B-μ_A= (μ_B^°+ RT ln⁡〖P_B 〗 )- (μ_A^°+ RT ln⁡〖P_A 〗 )

∆_r G= 〖∆_r G〗^°+ RT ln⁡〖P_B/P_A 〗

Se simbolizarmos a razão entre as pressões parciais por Q, poderemos reescrever a equação acima na forma:

∆_r G= 〖∆_r G〗^°+ RT ln⁡Q

A razão Q é denominada de quociente reacional ou quociente de reação. Este quociente pode variar de 0 (Quando A estiver puro) ao infinito (quando B for puro). A energia de Gibbs padrão de reação, 〖∆_r G〗^°, é definida como a diferença entre as energias de Gibbs padrões molares dos produtos e dos reagentes. Em uma forma matemática temos:

〖∆_r G〗^°= G_(B,m)^°- G_(A,m)^°= μ_B^°- μ_A^°

No equilíbrio, ∆rG = 0, e a razão entre as pressões parciais (Q) é simbolizada por K. A letra K é denominada de constante de equilíbrio e ela é igual ao quociente de reação quando o equilíbrio é atingido. E nesta condição, a equação anterior se torna:

0= 〖∆_r G〗^°+ RT ln⁡K

〖〖-∆〗_r G〗^°= RT ln⁡K

A constante poderá ser calculada aplicando um fator exponencial em ambos os lados da equação:

K= e^(〖〖-∆〗_r G〗^°/RT)

Na equação acima vemos que quando ∆rG°> 0 a constante de equilíbrio K < 1 e, no equilíbrio, a pressão parcial de A é maior do que a de B. Neste caso o equilíbrio favorece o reagente. Por outro lado, quando ∆rG°< 0 a constante de equilíbrio será K > 1 e, no equilíbrio, a pressão parcial de B será maior do que a de A e neste caso o equilíbrio favorecerá o produto.

2. OBJETIVO

Determinar a constante de equilíbrio da reação entre ácido acético e etanol.

3. PARTE EXPERIMENTAL

3.1 Materiais e Reagentes

Bureta

Erlenmeyer

Pipeta

Béquer

Pipetador

Suporte Universal

Fenolftaleína

Água destilada

Acetato de etila

Ácido acético glacial

Álcool etílico (etanol)

Solução aquosa de HCl (3,0 mol/L)

Solução aquosa de NaOH (2,0 mol/L)

3.2