O equilíbrio químico descreve o “estado estacionário” de uma reação reversível, onde os reagentes se transformam nos produtos e vice-versa na mesma taxa.
Os químicos caracterizam este estado usando o constante de equilíbrio, Kp, e você pode usar a expressão completa para esta constante para determinar a pressão de equilíbrio para os reagentes ou os produtos. O processo requer um pouco de álgebra, mas no final, você obtém uma equação simples que pode ser usada para encontrar a pressão de equilíbrio para sua reação.
A constante de equilíbrio
O processo para encontrar a pressão de equilíbrio depende fortemente de como os químicos descrevem um estado de equilíbrio para uma reação. Para uma reação de fase gasosa genérica:
A fórmula geral para a constante de equilíbrio é:
Aqui o P_s refere-se às pressões parciais dos gases A, B, C e D (indicadas por subíndices). Você pode se lembrar desta fórmula facilmente como "produtos sobre reagentes", mas esta forma simples só é válida se cada um dos componentes da reação tiver 1 como seu coeficiente estequiométrico (_a
Em alguns casos, você pode ver a constante de equilíbrio chamada Kc, e a equação para isso escrita em termos de concentrações molares, e a relação entre esses dois é:
Nesta fórmula, ∆n é a mudança no número de moles de gás dos reagentes aos produtos.
Reorganizando a equação
A chave para resolver esta equação para encontrar a pressão de equilíbrio é introduzir a quantidade x, que corresponde à mudança das pressões iniciais para a pressão de equilíbrio. Imagine que você conhece a pressão dos reagentes, mas não sabe o que estará em equilíbrio. Nesse caso, você pode simplesmente escrever cada pressão de equilíbrio como (pressão inicial = x).
Uma vez que os produtos, neste caso, começam com uma pressão parcial de 0 (porque eles não estão presentes), sua pressão de equilíbrio será igual a x. Desde que você também conheça a própria constante de equilíbrio, você pode usar essas informações para encontrar as pressões parciais que você não conhece.
Chame a pressão inicial Peu e observe que ambos os reagentes devem estar na mesma pressão. Além disso, para simplificar a equação, isso será escrito com o coeficientesuma, b, c e d igual a 1. Então você pode escrever a equação como:
Reorganizando esta equação para x permite que você encontre a diferença entre a pressão inicial e a pressão de equilíbrio para seus reagentes, e o valor para os produtos também. Depois de tirar a raiz quadrada de ambos os lados, multiplicar pelo denominador da fração e reorganizar um pouco mais a equação para x é:
Isso se torna uma fórmula de pressão parcial de equilíbrio quando você nota que a pressão de equilíbrio de seus reagentes é Peu – x, e para seus produtos é simplesmente x.
Calcular a pressão de equilíbrio
Trabalhar com um exemplo irá cimentar a abordagem e ajudá-lo a ficar mais confortável com o uso da equação. Considere a reação usada para produzir clorometano:
Com Kp = 5,900. Os reagentes têm uma pressão inicial (em atmosferas, atm) de Peu = 0,75 atm. Insira esses valores na fórmula e execute os cálculos para encontrar as pressões parciais:
Este é o valor para as pressões de equilíbrio dos produtos, e para os reagentes, tudo que você precisa fazer é subtrair isso do valor inicial Peu para encontrar o resultado. Aqui, 0,75 atm - 0,74 atm = 0,01 atm.