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Química - Ensino Médio
Curso: Química - Ensino Médio > Unidade 14
Lição 1: Equilíbrio dinâmicoEquilíbrio dinâmico
Muitos processos físicos e químicos são reversíveis. Dizemos que um processo reversível está em equilíbrio dinâmico quando os processos direto e inverso ocorrem segundo a mesma taxa, o que resulta em nenhuma alteração observável no sistema. Quando o equilíbrio dinâmico é estabelecido, as concentrações ou pressões parciais de todas as espécies envolvidas no processo permanecem constantes. Versão original criada por Jay.
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RKA12MC – Olá! Tudo bem com você? Você vai assistir agora a mais
uma aula de Ciências da Natureza, e, nessa aula, vamos conversar
sobre o equilíbrio dinâmico. Para ilustrar o conceito de equilíbrio,
vamos dizer que temos um copo e colocamos um pouco
de água nesse copo, e também nos certificamos de
que o copo tenha uma tampa. Algumas dessas moléculas
de água vão evaporar e se transformar em um gás
(um vapor, na verdade). E, eventualmente, quando
tivermos água gasosa suficiente, parte da água gasosa vai se condensar
e voltar a ser água líquida. Para representar esses dois processos,
podemos colocar uma equação aqui, onde temos água líquida à esquerda
e água gasosa à direita. Seguindo o sentido direto
aqui do processo, temos a água líquida se
transformando em água gasosa, e essa seta para a direita aqui
representa o processo de vaporização. Quando a água gasosa
volta a ser líquida, temos essa seta na parte
inferior representando isso. Inclusive, esse é o
processo de condensação. Uma vez que
começamos com água líquida, no início, a taxa de vaporização é
maior do que a taxa de condensação, mas, eventualmente, alcançamos um
ponto em que a taxa de vaporização é igual à taxa de condensação. E, quando isso acontece, ou seja, quando estamos
transformando água líquida em gasosa na mesma taxa em que a água gasosa
está se transformando em água líquida, o número de moléculas de água em um
estado líquido e em um estado gasoso permanece constante. Quando a taxa de vaporização
é igual à taxa de condensação, alcançamos um estado de equilíbrio. E esse é um equilíbrio dinâmico, porque,
se a gente ampliar e olhar para isso aqui, as moléculas de água
estão sendo convertidas do estado líquido para o
estado gasoso o tempo todo, e essas moléculas de
água no estado gasoso também estão indo para o
estado líquido o tempo todo. No entanto, como as taxas são iguais, o número de moléculas no estado líquido
e o número de moléculas no estado gasoso permanecem constantes. Claro, se a gente olhar aqui
do ponto de vista macroscópico, o nível de água não vai
mudar absolutamente nada, vai continuar a mesma coisa. Agora, vamos aplicar esse
conceito de equilíbrio dinâmico a uma reação química hipotética. Em nossa reação hipotética, X₂,
que é um gás marrom-avermelhado, se decompõe em seus átomos
individuais para formar 2X, e os átomos individuais são incolores. Então, na reação direta,
vamos de X₂ para 2X. Portanto, X₂ está se
decompondo em 2X, e, na reação inversa, os dois átomos de
X estão se combinando para formar X₂. Quando temos uma reação
direta e uma reação inversa, por convenção, dizemos que o que
está no lado esquerdo são os reagentes e o que está no lado
direito são os produtos. Nós usamos esses termos para
poder evitar algumas confusões. Enfim, digamos que começamos a
nossa reação apenas com reagentes. Portanto, apenas X₂ está presente
nesse primeiro recipiente aqui e existem cinco partículas de X₂. Se cada partícula representa 0,1 mol, como temos cinco partículas
de X₂, temos 0,5 mol de X₂. E vamos dizer que esse
recipiente aqui seja de 1 litro. 0,5 dividido por 1
é igual a 0,5 molar, portanto, a concentração
inicial de gás X₂ é 0,5 molar. E, como não temos nenhum X (não há
pontos brancos nesse recipiente, não é?), a concentração inicial
de X é zero molar. Eu vou escrever isso aqui:
0M (zero molar). Em seguida, esperamos 10 segundos. Nós começamos no tempo
igual a zero segundo e agora estamos no tempo
igual a 10 segundos. Agora podemos ver que existem
três partículas de X₂ em nossa caixa, e isso é igual a 0,3 molar. Então, vamos escrever isso aqui:
0,3 molar para a nossa concentração. E, agora, temos algumas partículas de X. Temos aqui uma, duas,
três, quatro partículas. E, mais uma vez, se cada
partícula representa 0,1 mol, isso significa que temos 0,4 mol
de X dividido por 1, ou 0,4 molar. Esperamos mais 10 segundos, aí
quando o tempo for igual a 20 segundos, teremos aqui duas partículas de X₂ e uma, duas, três, quatro,
cinco, seis partículas de X. Sendo assim, agora, as concentrações
são 0,2 molar para X₂ e 0,6 molar para X. Esperando mais dez segundos, ou seja, até
um instante de tempo igual a 30 segundos, teremos aqui ainda duas
partículas de X₂ e seis partículas de X. Sendo assim, após 30 segundos,
a concentração de X₂ é 0,2 molar e de X é 0,6 molar. Observe como a concentração
de X₂ foi de 0,5 molar para 0,3, depois para 0,2, e, em seguida, encontramos
o mesmo valor de 0,2; e isso após 30 segundos. Ou seja, a concentração se tornou constante
em um instante de tempo igual a 20 segundos. A concentração de X passou de
zero para 0,4 e depois para 0,6, mas, em seguida, também encontramos 0,6
aqui no instante de tempo igual a 30 segundos. Assim, as concentrações
se tornaram constantes em um instante de tempo
igual a 20 segundos, o que significa que a reação atingiu
o equilíbrio após 20 segundos. Sendo assim, em “t” igual a zero,
não estava em equilíbrio; em “t” igual a 10 segundos
também não estava em equilíbrio. Somente quando o tempo atingiu 20
segundos essa reação atingiu o equilíbrio. E, nesse equilíbrio, a taxa da reação
direta é igual à taxa da reação inversa. Dessa forma, X₂ está
se transformando em 2X na mesma taxa em que 2X está
se transformando de volta em X₂. E, como essas taxas são iguais, as concentrações de X₂ e X no
equilíbrio permanecem constantes. Podemos ver o mesmo conceito observando
um gráfico de concentração por tempo. A concentração de X₂ começa em 0,5 molar
quando o tempo é igual a zero segundo, e, em seguida, cai para
0,3 molar após 10 segundos. Depois de 20 segundos, está em 0,2 molar,
e permanece constante depois disso. Para a concentração de X,
começamos em zero molar, aí aumentamos para
0,4 após 10 segundos, e aí, ao atingir 0,6,
ela ficou constante. A gente pode desenhar uma linha tracejada
para visualizar as coisas um pouco melhor. Então, vamos fazer isso
aqui em 20 segundos. Esta é a linha divisória, e à esquerda as
concentrações não estão em equilíbrio, ou seja, elas estão sempre mudando. Já à direita dessa linha pontilhada,
as concentrações estão em equilíbrio, ou seja, elas permanecem constantes. Portanto, a concentração de equilíbrio
do gás X₂ é igual a 0,2 molar, e a concentração de equilíbrio
do gás X é igual a 0,6 molar. Finalmente, vamos usar
esses diagramas específicos para pensar sobre o que veríamos
em um nível macroscópico à medida que a reação
segue para o equilíbrio. Repare que no primeiro diagrama de partículas
temos apenas partículas vermelhas, portanto, apenas nosso reagente
X₂ está presente no início. No entanto, com o passar do tempo, o número de partículas vermelhas diminui
de cinco, no primeiro diagrama particular, para três no segundo; depois para dois no terceiro. E, a partir daí, o número
permanece em dois, porque, lembre-se: atingimos
o equilíbrio após 20 segundos. Sendo assim, do ponto de vista
macroscópico, no início da reação, a gente começaria vendo um gás
marrom-avermelhado mais escuro, e aí, à medida que o tempo passasse, a gente começaria a ver um gás
marrom-avermelhado mais claro. Finalmente, ao atingir o equilíbrio, a gente veria um gás marrom-
-avermelhado ainda mais claro, e ele permaneceria com esse
marrom-avermelhado bem claro porque alcançamos o equilíbrio e as concentrações de reagentes e produtos
permanecem constantes no equilíbrio, mesmo que nossos reagentes estejam
se transformando em nossos produtos. Porque os nossos produtos também estão
se transformando em nossos reagentes na mesma taxa. E, portanto, as concentrações dos
reagentes e dos produtos são constantes. Espero que você tenha compreendido
todas essas ideias aqui, e, mais uma vez, eu quero deixar
aí para você um grande abraço e dizer que te encontro na próxima!