Química · 11.ª–12.ª classe

O que é o equilíbrio químico?

  • 8 min de leitura
  • 3 exemplos resolvidos
  • 5 exercícios com solução
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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:

  1. Procure o instante a partir do qual nenhuma concentração varia.
  2. Entre 20 s e 30 s os valores são iguais (0,6; 0,6; 0,4).
  3. 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:

  1. Seja x a concentração de H2 que reagiu. Formam-se 2x de HI: 2x = 1,5, logo x = 0,75 mol/L.
  2. [H2] = 1,0 − 0,75 = 0,25 mol/L; [I2] = 0,25 mol/L (mesma proporção 1 : 1).
  3. 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:

  1. O equilíbrio exige que reação direta e inversa se encontrem.
  2. Num tubo aberto o CO2 escapa para o ar e não pode reagir com o CaO.
  3. 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

Tente resolver primeiro no caderno; depois confira.

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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