Cálculo da constante de equilíbrio Kc
O texto Constante de Equilíbrio mostrou como determinar a expressão de Kc para as equações que representam as reações químicas. Agora veremos como determinar o valor dessa constante de equilíbrio Kc.
O cálculo da constante de equilíbrio Kc é importante porque ela transmite algumas informações com respeito ao equilíbrio químico, se ele está deslocado ou não e, se estiver, para qual sentido. Veja essas informações a seguir:
* Kc = 1: significa que a concentração dos reagentes e dos produtos é igual e a reação está em equilíbrio;
* Kc > 1: significa que os produtos estão em maior concentração, pois, na expressão de Kc, os produtos estão no numerador. A reação ainda não atingiu o equilíbrio, pois está deslocada no sentido da formação dos produtos, ou seja, o equilíbrio está deslocado para a direita;
* Kc < 1: significa que os reagentes estão em maior concentração, pois, na expressão de Kc, os reagentes estão no denominador. A reação ainda não atingiu o equilíbrio, pois está deslocada no sentido da formação dos reagentes, ou seja, o equilíbrio está deslocado para a esquerda.
Vamos, então, ver um exemplo para entender como calcular o valor da constante de equilíbrio em termos de concentração (Kc):
Exemplo: Considere que em um recipiente fechado de 15 litros foram introduzidos 6 mol de gás nitrogênio e 12 mol de gás hidrogênio a uma determinada temperatura. Depois de uma hora, verificou-se que o sistema atingiu o equilíbrio químico e que foram formados 4,5 mol de gás amônia. Qual é o valor da constante de equilíbrio Kc, com a mesma temperatura inicial?
Resolução:
Primeiro vamos escrever a equação balanceada que representa a reação que ocorreu:
1 N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)
É importante atentar para a proporção estequiométrica fornecida por essa equação, que é mostrada pelos coeficientes: 1 : 3 : 2.
A expressão da constante de equilíbrio Kc dessa reação é dada por:
Kc = [ NH3]2
[N2]. [H2]3
Para realizar o cálculo de Kc, precisamos determinar as concentrações de cada uma das substâncias participantes dessa reação no equilíbrio e substitui-las na fórmula acima. A concentração em quantidade de matéria, ou seja, em mol/L, é feita dividindo-se a quantidade de matéria ou substância em mol pelo volume da solução em litros (M = n1/V).
O volume nós já sabemos, resta saber as quantidades de matéria. Isso pode ser facilmente determinado por montarmos um esquema semelhante ao seguinte:
Equação química balanceada: 1 N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)
Quantidades iniciais: 6 mol 12 mol zero
Quantidades que reagiram 2,25 mol 6,75 mol 4,5 mol
e que foram formadas:
Quantidades no equilíbrio: 6-2,25 = 3,75 mol 12-6,75 = 5,25 mol 4,5 mol
Observe que as quantidades que reagiram foram determinadas com base na proporção estequiométrica, ou seja, sabíamos que foram formados 4,5 mol de NH3, então, temos:
1 N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)
↓ ↓ ↓
1 mol 3 mol 2 mol
↓ ↓ ↓
2,25 mol 6,75 mol 4,5 mol
Agora sabemos a quantidade de matéria (mol) de cada substância no equilíbrio. Se fosse uma reação em que os produtos também estivessem presentes desde o início, bastava somar a quantidade inicial com a que foi formada para descobrir a quantidade do produto no equilíbrio.
Com isso, podemos determinar a concentração em mol/L no equilíbrio, sabendo que o volume do recipiente é de 15 L:
N2: 3,75 mol = 0,25 mol/L
15
H2: 5,25 mol = 0,35 mol/L
15
NH3: 4,5 mol = 0,30 mol/L
15
Por fim, podemos aplicar esses valores na fórmula da constante de equilíbrio Kc:
Kc = [ NH3]2
[N2]. [H2]2
Kc = (0,3)2
(0,25).(0,35)3
Kc ≈ 8,40