Cálculo da constante de equilíbrio Kc

O texto Constante de Equilíbrio mostrou como determinar a expressão de K_c para as equações que representam as reações químicas. Agora veremos como determinar o valor dessa constante de equilíbrio K_c.

O cálculo da constante de equilíbrio K_c 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:

* K_c = 1: significa que a concentração dos reagentes e dos produtos é igual e a reação está em equilíbrio;

* K_c > 1: significa que os produtos estão em maior concentração, pois, na expressão de K_c, 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;

* K_c < 1: significa que os reagentes estão em maior concentração, pois, na expressão de K_c, 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 (K_c):

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 K_c, com a mesma temperatura inicial?

Resolução:

Primeiro vamos escrever a equação balanceada que representa a reação que ocorreu:

1 N_2(g) + 3 H_2(g) → 2 NH_3(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:

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

Para realizar o cálculo de K_c, 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 N_2(g)        +       3 H_2(g)       →       2 NH_3(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 N_2(g)    +    3 H_2(g)    →    2 NH_3(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:

K_c =     [ NH₃]²    
          [N₂]. [H₂]²

K_c =       (0,3)²     
        (0,25).(0,35)³

K_c ≈ 8,40