Constante de Equilíbrio Kp


Uma reação química se caracteriza como um processo no qual há a combinação de reagentes para dar lugar às substâncias novas, com outras propriedades. Algumas dessas reações são totalmente processadas e outras estagnam o desempenho antes mesmo de concluírem o processamento.

Inúmeras reações são irreversíveis, ou seja, ocorrem num só sentido e os reagentes se rearranjam formando produtos. O processo de glicose e oxigênio, por exemplo, que produz água e gás carbônico é uma reação irreversível: C6H12O6 = CO2 + H2O.

Numa reação reversível, por outro lado, são os reagentes os responsáveis por formarem os produtos, que reagem entre si e regeneram os reagentes. Como o processo é dinâmico, a reação ocorre nos dois sentidos. Pode-se citar como exemplo a produção da substância amônia, que ocorre em recipiente fechado, sob temperatura e pressão constantes, acontece da seguinte forma: N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g).

Equilíbrio Kp

As reações direta (reagentes formando produtos) e inversa (produtos formando regenerando os reagentes), neste caso, assumem velocidades diferentes, mas tendem a se igualar. Quando isso acontece, inclusive quando o sistema aparenta estar parado, e as concentrações de todas as substâncias da reação química permanecem constantes, significa que ela atingiu o seu estado de equilíbrio.

Portanto, o equilíbrio de uma reação química, numa mistura reacional, só é alcançado quando se igualam as velocidades das reações direta e inversa. Nas reações que têm substâncias gasosas, o equilíbrio químico apenas será atingido se o sistema for fechado.

Constante de equilíbrio: assim que são chamadas as equações algébricas que relacionam as concentrações das espécies reagentes e do produto no momento em que uma reação reversível alcança esse estado.

O equilíbrio pode ser classificado em homogêneo ou heterogêneo. O primeiro se dá quando todos os reagentes e produtos assumem um mesmo estado, seja líquido, sólido, gasoso ou aquoso. Já o segundo ocorre quando existem substâncias em diferentes estados.

O grau de equilíbrio, que varia de acordo com a temperatura e a concentração, é determinado pela divisão da quantidade de reagente consumida pela quantidade inicial do mesmo reagente.

A constante de equilíbrio Kp

O Kp se aplica a equilíbrios homogêneos gasosos ou equilíbrios heterogêneos cuja constante é função apenas do componente gasoso. Para uma reação genérica (aA + bB = cC + dD), em que todos os componentes são gasosos, temos: Kp = (PC)c⋅(PD) dividido por (PA)a⋅(PB)b.

Nessa equação, Kp é a constante de equilíbrio em função das pressões parciais; PA é a pressão parcial do reagente A em equilíbrio; PB é a pressão parcial do reagente B; PC é a pressão parcial do reagente C e PD a pressão parcial do reagente D.

Confira abaixo algumas equações para diversas reações em equilíbrio:

– 2 CO(g) + O2(g) ↔ 2 CO2(g) / Kp = (pCO2)2 dividido por (pCO)2.(pO2)

– C(s) + O2(g) ↔ CO2(g) / Kp = (pCO2) dividido por (pO2)

– CuO(s) + H2(g) ↔ Cu(s) + H2O(?) / Kp = 1 dividido por (pH2)

– 2 SO3(g) ↔ 2 SO2(g) + O2(g) / Kp = (pSO2)2.(pO2) dividido por (pSO3 )2

– N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) / Kp = (pNH3)2 dividido por (pN2). (pH2)2

– CO2(g) + H2(g) ↔ CO(g) + H2O(?) / Kp = (pCO) dividido por (pCO2).(pH2)

– CaCO3(s) ↔ CaO(s) + CO2(g) / Kp = (pCO2)

– Zn(s) + 2HCl(aq) ↔ ZnCl2(aq) + H2(g) / Kp = (pH2)

– Zn(s) + Cu2+(aq) ↔ Zn2+(aq) + Cu(s) / Kp = não definido

Como se dá o cálculo da constante de equilíbrio Kp

Geralmente, os passos necessários para tal são: determinar a fração molar (x) de cada gás; determinar as pressões parciais de cada gás; substituir os valores das pressões parciais na expressão de Kp.

A fração molar (x) de cada gás é dada pela seguinte fórmula: (x)gás = (n)gás dividido por (n)total. Considerando que “n” é o número em quantidade de matéria (mol). Esse cálculo é necessário porque, segundo a Lei de Dalton, “a pressão total do sistema corresponde à soma das pressões parciais exercidas por cada um dos gases que compõem a mistura (Ptotal = P1 + P2 + P3 + P4… ou P = Σp)”.

Para exemplificar:

Num cilindro dotado de êmbolo, encontram-se dois gases em equilíbrio à temperatura constante (2 mol de NO2 e 6 mol de N2O4). A pressão parcial do sistema é 10 atm, e a temperatura, 24ºC. Assim, temos N2O4(g) ↔ 2 NO2(g). Sua expressão, portanto, é: Kp = (pNO2)2 por pN2O4.

Agora basta seguir os três passos citados anteriormente para calcular o Kp:

– Determinar a fração molar (x) de cada gás

xN2O4 = nN2O4 dividido por ntotal / xNO2 = nNO2 dividido por ntotal
xN2O4 = 6 mol dividido por 8 mol / xNO2 = 2 mol dividido por 8 mol
xN2O4 = 0,75 / xNO2 = 0,25

– Estipular as pressões parciais de cada gás, conforme a Lei de Dalton

PN2O4 = Ptotal.xN2O4 / PNO2 = Ptotal.xNO2
PN2O4 = 10.0,75 / PNO2 = 10.0,25
PN2O4 = 7,5 atm / PNO2 = 2,5 atm

– Substituir os valores das pressões parciais na expressão de Kp

Kp = (pNO2)2 dividido por pN2O4

Kp = (2,5)2 dividido por 7,5

Kp = 6,25 dividido por 7,5

Kp = 0,83

Portanto, a constante de equilíbrio em termos de pressões dos gases (Kp) para o sistema no sentido considerado, a 24º C, é de 0,83.