Química · 11.ª–12.ª classe
O que é o equilíbrio químico?
Resposta curta
O equilíbrio químico é o estado de uma reação reversível, em sistema fechado, em que a reação direta e a inversa ocorrem com a mesma velocidade. As reações não param: as concentrações é que deixam de variar. Por isso se diz que o equilíbrio é dinâmico e não estático.
Definição e características
Muitas reações são reversíveis: os produtos, uma vez formados, podem voltar a dar os reagentes. Representa-se com uma dupla seta, por exemplo N2O4 ⇌ 2 NO2. No início, a reação direta é rápida (há muito reagente) e a inversa é lenta (ainda há pouco produto). À medida que o tempo passa, a direta abranda e a inversa acelera, até se igualarem.
Condição de equilíbrio
velocidade da reação direta = velocidade da reação inversa
Características
- Dinâmico: as duas reações continuam a ocorrer; os efeitos anulam-se.
- Concentrações constantes: não mudam com o tempo, mas não têm de ser iguais entre si.
- Sistema fechado: nada entra nem sai. Num recipiente aberto, um gás produzido escapa e o equilíbrio não se estabelece.
- Pode ser atingido por ambos os lados: parte-se só dos reagentes, só dos produtos ou de uma mistura, e chega-se à mesma composição de equilíbrio (à mesma temperatura).
- Propriedades macroscópicas constantes: cor, pressão e pH deixam de variar.
Definição formal e explicação simples
Formalmente: estado em que as velocidades das reações direta e inversa se igualam. Em linguagem simples: é como uma escada rolante onde o número de pessoas que sobem é igual ao das que descem; o número de pessoas em cada piso mantém-se, mas há movimento constante.
Exemplos do quotidiano
- Bebida gaseificada: na garrafa fechada, CO2(g) ⇌ CO2(aq). Ao abrir, a pressão baixa e o gás escapa.
- Solução saturada: com açúcar em excesso no fundo do copo, o açúcar dissolvido e o sólido estão em equilíbrio: sai tanto do sólido como volta a ele.
- Dióxido de azoto: na mistura N2O4 (incolor) ⇌ NO2 (castanho-avermelhado) a cor estabiliza quando o equilíbrio se atinge.
Importância e aplicações
Saber que há equilíbrio explica por que razão uma reação não converte 100 % dos reagentes e permite escolher condições (temperatura, pressão, concentrações) para obter mais produto, como na produção industrial de amoníaco. O sangue, os oceanos e os tampões de pH funcionam também com equilíbrios.
Exemplos resolvidos
Exemplo 1 — Reconhecer o equilíbrio numa tabela
Enunciado: Medem-se as concentrações de A, B e C na reação A + B ⇌ C. Em t = 0 s: 1,0; 1,0; 0. Em t = 10 s: 0,7; 0,7; 0,3. Em t = 20 s: 0,6; 0,6; 0,4. Em t = 30 s: 0,6; 0,6; 0,4. A partir de que instante se pode dizer que há equilíbrio?
Resolução:
- Procure o instante a partir do qual nenhuma concentração varia.
- Entre 20 s e 30 s os valores são iguais (0,6; 0,6; 0,4).
- Entre 10 s e 20 s ainda variam.
Resposta: o equilíbrio estabeleceu-se por volta dos 20 s (e certamente aos 30 s). Verificação: a quantidade total de A mais C mantém-se: 0,6 + 0,4 = 1,0, como no início.
Exemplo 2 — Composição de equilíbrio
Enunciado: Num recipiente de 1,0 L colocam-se 1,0 mol de H2 e 1,0 mol de I2. No equilíbrio, H2 + I2 ⇌ 2 HI, a concentração de HI é 1,5 mol/L. Calcule as concentrações de H2 e de I2 no equilíbrio e a percentagem de H2 convertido.
Resolução:
- Seja x a concentração de H2 que reagiu. Formam-se 2x de HI: 2x = 1,5, logo x = 0,75 mol/L.
- [H2] = 1,0 − 0,75 = 0,25 mol/L; [I2] = 0,25 mol/L (mesma proporção 1 : 1).
- Conversão de H2 = 0,75 ÷ 1,0 × 100 = 75 %.
Resposta: [H2] = [I2] = 0,25 mol/L; 75 % convertido. Verificação: átomos de hidrogénio: 2 × 0,25 + 1,5 = 2,0 e inicialmente 2 × 1,0 = 2,0.
Exemplo 3 — Equilíbrio e sistema aberto
Enunciado: O carbonato de cálcio decompõe-se: CaCO3(s) ⇌ CaO(s) + CO2(g). Num tubo aberto aquecido, o equilíbrio não se estabelece. Porquê?
Resolução:
- O equilíbrio exige que reação direta e inversa se encontrem.
- Num tubo aberto o CO2 escapa para o ar e não pode reagir com o CaO.
- A reação inversa praticamente não ocorre, logo a direta continua até acabar o reagente.
Resposta: porque o sistema não é fechado. Verificação: num recipiente fechado o CO2 acumula-se e, a partir de certa pressão, as duas reações igualam-se.
Erros e confusões frequentes
- Pensar que a reação pára. No equilíbrio as duas reações continuam; o que pára é a variação das concentrações.
- Achar que as concentrações são iguais. São constantes, mas podem ser muito diferentes (como 0,25 e 1,5 acima).
- Confundir equilíbrio com igualdade de quantidades. Igual é a velocidade das reações.
- Aplicar a recipientes abertos. Sem sistema fechado não há equilíbrio.
- Pensar que o catalisador desloca o equilíbrio. Só o faz chegar mais depressa.
Exercícios propostos
1Exercício 1
Diga se é verdadeira ou falsa: "No equilíbrio químico, a reação deixa de ocorrer". Justifique.
Ver solução
Falsa. As reações direta e inversa continuam a ocorrer com a mesma velocidade; por isso as concentrações não variam.
2Exercício 2
Num recipiente de 1,0 L há inicialmente 0,20 mol/L de N2O4. No equilíbrio N2O4 ⇌ 2 NO2, [NO2] = 0,12 mol/L. Calcule [N2O4] no equilíbrio.
Ver dica
Cada mol de N2O4 que reage dá 2 mol de NO2.
Ver solução
N2O4 que reagiu: 0,12 ÷ 2 = 0,06 mol/L. [N2O4] = 0,20 − 0,06 = 0,14 mol/L.
3Exercício 3
Em A + B ⇌ C iniciam-se 2,0 mol de A e 2,0 mol de B em 1,0 L. No equilíbrio, [C] = 0,50 mol/L. Calcule [A] e [B] e a percentagem de A convertida.
Ver solução
Reagiu 0,50 mol/L de A e de B. [A] = [B] = 2,0 − 0,50 = 1,5 mol/L. Conversão: 0,50 ÷ 2,0 × 100 = 25 %.
4Exercício 4
Num gráfico de concentração em função do tempo, as curvas de reagentes e produtos tornam-se horizontais a partir de 40 s. Que significa isso, e o que se pode dizer das velocidades?
Ver solução
A partir de 40 s o sistema está em equilíbrio: as concentrações são constantes e a velocidade da reação direta é igual à da inversa (não nula).
5Exercício 5
Explique, com base no equilíbrio CO2(g) ⇌ CO2(aq), por que se formam bolhas ao abrir uma garrafa de refrigerante.
Ver solução
Na garrafa fechada o CO2 dissolvido está em equilíbrio com o gás acima do líquido, a pressão elevada. Ao abrir, a pressão desce e o gás escapa; o líquido liberta CO2 (bolhas) até se atingir novo equilíbrio com a pressão atmosférica.
Perguntas frequentes
Qual é a diferença entre equilíbrio químico e reação completa?
Numa reação completa, um reagente esgota-se. No equilíbrio, reagentes e produtos coexistem em proporções constantes, porque a reação inversa repõe o que a direta consome.
Onde se aplica o equilíbrio químico na prática?
Na indústria química (síntese de amoníaco, ácido sulfúrico), na fisiologia (transporte de oxigénio e CO2 no sangue) e no ambiente (dissolução de CO2 na água do mar).
Que erros os estudantes cometem sobre o equilíbrio?
O mais comum é dizer que a reação para. Outro é supor que as concentrações são iguais e esquecer que o sistema tem de ser fechado.
O equilíbrio atinge-se sempre depressa?
Não. O tempo para atingir o equilíbrio depende da velocidade das reações; algumas demoram segundos e outras muito mais. A posição do equilíbrio é outra questão.
Resumo
- Equilíbrio químico: reação reversível em sistema fechado com vdireta = vinversa.
- É um equilíbrio dinâmico: nada pára, mas nada varia.
- As concentrações são constantes, não necessariamente iguais.
- Pode partir-se dos reagentes ou dos produtos e chega-se ao mesmo estado (à mesma temperatura).
- O catalisador acelera a chegada ao equilíbrio sem o deslocar.
Onde aprofundar
- O manual de Química da sua classe e o programa oficial (INIDE / Ministério da Educação de Angola) — confirme a edição em vigor.
- OpenStax Chemistry (em inglês), capítulo sobre equilíbrio químico.
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