Grau de Equilíbrio

O grau de equilíbrio, simbolizado por “α”, é usado em equilíbrios químicos para indicar a relação entre a quantidade de matéria (número de mol) depois que determinado reagente foi consumido e a quantidade de matéria inicial.

Assim, o grau de equilíbrio pode ser calculado por meio da seguinte expressão:

α = número de mol consumido
    número de mol inicial

Veja um exemplo:

“Considere que em um recipiente fechado, com capacidade de 1 L, à temperatura de 100ºC, há 10 mol de C₂H₄ e 10 mol de Cl_2. Começa a ocorrer a seguinte reação reversível: C₂H₄+ Cl₂ ↔ C₂H₄Cl₂. Após certo tempo, verificou-se que a reação atingiu o equilíbrio químico e que quatro mol de C₂H₄Cl₂ formaram-se. Qual é o valor do grau de equilíbrio dos reagentes?”

Resolução:

Os dados fornecidos no enunciado estão na tabela a seguir para melhor visualização:

Tabela para organizar os dados usados no cálculo do grau de equilíbrio

Com esses dados, basta substituir os valores na expressão do grau de equilíbrio:

α = número de mol consumido
          número de mol inicial

α = 4 mol
     10 mol

α = 0,4

O valor do grau de equilíbrio pode variar somente entre 0 e 1, portanto, podemos expressar essa grandeza também em porcentagem, sendo que, nesse exemplo, temos: α = 40%.

É muito importante não confundir o grau de equilíbrio (α) com a constante de equilíbrio (Kc). Quando ocorre uma perturbação no sistema em equilíbrio, como uma variação da concentração dos reagentes ou dos produtos ou da temperatura do sistema, o grau de equilíbrio sofrerá variações também. Já a constante de equilíbrio variará somente com uma variação da temperatura.

Mas o grau de equilíbrio pode nos ajudar a resolver problemas envolvendo o cálculo de Kc. Veja:

Exemplo: Em uma temperatura T, 2 mol de NH₃ estão 20% dissociados em N₂ e H₂. Sabendo que o volume do recipiente é de 5 L, determine o valor de Kc para o equilíbrio:

2 NH₃ ↔N₂ + 3 H₂

Resolução:

A questão fornece o grau de equilíbrio, isto é, a porcentagem de NH₃ que reage:

-reagem = 20% de 2 mol = 0,2 (2 mol) e 0,4 mol;

-restam no equilíbrio: 2 – 0,4 = 1,6 mol.

Assim, temos:

Tabela para organizar os dados de exemplo de cálculo do grau de equilíbrio

Com esses dados, calculamos as concentrações de cada substância:

[NH₃] = 1,6 mol = 0,32 mol/L
               5 L

[N₂] = 0,2 mol = 0,04 mol/L
             5 L

[H₂] = 0,6 mol = 0,12 mol/L
             5 L

Agora basta aplicar na expressão de Kc:

Kc = [N₂] . [H₂]³
              [NH₃]²

Kc = 0,04 . (0,12)³ 
                (0,32)²

Kc = 0,04 . 0,001728
              0,1024

Kc = 0,000675 ou 6,75 . 10^-4

É interessante notar que, dependendo do tipo de reação que estamos trabalhando, o nome do grau de equilíbrio pode mudar. Por exemplo, se a reação for de decomposição, nesse caso, teremos o grau de decomposição; se for uma reação de ionização, o grau será de ionização e assim por diante. Outros exemplos são: grau de dissociação, grau de hidrólise, grau de precipitação, entre outros.

Inclusive o grau de dissociação e de ionização servem para verificar a força dos ácidos e das bases, Força ácida e Classificação das bases.