Química – Ciscato, Pereira, Chemello e Proti
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- Responda em seu caderno 1
- Equilíbrio| Representação
- TEMA 2 Reações reversíveis e seus aspectos quantitativos
- A constante de equilíbrio
- Concentrações dos reagentes e do produto mensuradas em três diferentes experimentos, à temperatura de 450 °C Experimento
- Valores da constante de equilíbrio obtidos para três experimentos distintos de síntese de HI, a 450 o C Experimento
- Alterando as condições de equilíbrio químico
- Procedimento 1
- Conclusões 1
ROSA GALDITANO/STUDIO R A escovação adequada dos dentes pode auxiliar na manutenção da higiene bucal e na prevenção das cáries. Crianças da aldeia Xavante de Pimentel Barbosa, MT, 2003. Perguntas sobre o texto
Questões para fechamento do tema Responda em seu caderno 1 Sobre a formação da cárie e o equilíbrio da desmineralização e remineralização do esmalte dos dentes, afirma-se que: I. O consumo de qualquer alimento que contenha carboidratos, seja na forma de balas mastigáveis ou de pães, favorece igualmente a formação da cárie dentária. II. Há alimentos cujo consumo não favorece a diminuição do pH bucal pela ação das bactérias, pois eles não são metabolizáveis por esses microrganismos. III. O uso de cremes dentais que auxiliam no controle do pH bucal colabora para que as taxas de desmineralização e de remineralização estejam em equilíbrio, de modo que o esmalte dentário se mantenha saudável. É (são) verdadeira(s) apenas a(s) afirmação(ões):
Considere como concentrações iniciais: [N2] = [H2] = 1,0 mol/L; [NH3] = zero. b) um aluno, ao estudar os equilíbrios químicos e se deparar com a representação N2(g) + 3 H2(g) ⇌ 2 NH3(g) considerou que os reagentes gás nitrogênio e gás hidrogênio deveriam estar em um compartimento separado do de gás amônia formado. Esse raciocínio está correto? Por quê?
ILUSTRAÇÕES: ADILSON SECCO Representação sem escala; cores fantasia.
A que equilíbrio químico, entre os indicados a seguir, o gráfico em questão pode estar relacionado? Equilíbrio| Representação Tetróxido de dinitrogênio/dióxido de nitrogênio|1 N2O4(g) ⇌ 2 NO2(g) Butano/isobutano |1 C4H10(g) ⇌ 1 C4H10(g) Explique como você chegou a essa conclusão. 5 Analise a seguinte afirmação e verifique se está correta: “Um sistema está em equilíbrio químico quando todas as substâncias envolvidas apresentam a mesma concentração. É isso que justifica classificá-lo como sistema em equilíbrio químico”. Página 224 TEMA 2 Reações reversíveis e seus aspectos quantitativos Existem sistemas que atingem o equilíbrio químico quando a concentração dos reagentes é maior que a dos produtos e outros em que a concentração dos produtos é maior que a dos reagentes. Como saber qual é o caso de determinada reação que se encontra em equilíbrio ? No esmalte dentário, a prevalência é da hidroxiapatita sólida (existente no esmalte) ou da que é dissolvida na saliva? De que forma o aumento da acidez bucal pode alterar esse equilíbrio químico e favorecer a degradação do esmalte dentário (desmineralização)? 
E.H. GILL/CUSTOM MEDICAL/NEWSCOM/GLOW IMAGES Dentes de uma pessoa com bulimia, sendo visível a degeneração do esmalte – e a dentina exposta (cor amarelada) – devido à ação da passagem do suco gástrico (ácido) pela boca, um dos problemas causados por esse transtorno. Bulimia: transtorno alimentar caracterizado por episódios de consumo excessivo de alimentos, seguidos de reações inadequadas para evitar o ganho de massa corpórea, como induzir vômitos, fazer uso recorrente de laxantes e diuréticos, ficar longos períodos sem se alimentar, além de praticar atividades físicas exageradas. A constante de equilíbrio Observe novamente a representação para a síntese de iodeto de hidrogênio, considerando um sistema em equilíbrio: H2(g) + I2(g) ⇌ 2 HI(g) Esse sistema em equilíbrio químico pode ser obtido iniciando a reação com uma mistura exclusiva de reagentes em proporção estequiométrica ou não (no caso, H2 e I2, na reação direta), ou somente do produto (HI, na reação direta), ou de ambos. Os dados da tabela a seguir foram obtidos experimentalmente, todos à temperatura de 450 °C, e se referem ao equilíbrio da síntese de HI(g) em misturas de reagentes e/ou de produtos.
Fonte: MALONE, L.; DOLTER, T. O. Basics concepts of Chemistry. 8. ed. New Jersey: John Wiley & Sons, 2010. p. 486. Página 225 Suponha que, em outro experimento, realizado à mesma temperatura, tenha sido obtido um sistema com a seguinte composição:
Como saber se a mistura reacional na qual estão presentes essas substâncias, nas concentrações indicadas acima, já atingiu o equilíbrio? Muitas vezes não é possível perceber, a olho nu, se a concentração de reagentes e de produtos ainda está variando, como a situação ilustrada no Tema 1 para a síntese do gás HI; nem sempre ocorre alteração de coloração em uma reação química. Note que só depois de atingido o equilíbrio as concentrações das espécies permanecem constantes: 
LUIZ RUBIO Por meio de estudos da composição de misturas reacionais em equilíbrio, no período entre 1864 e 1879, os pesquisadores noruegueses Cato Maximilian Guldberg (1836-1902) e Peter Waage (1833-1900) propuseram, com base em dados experimentais, a lei da ação das massas, que estabelece que a composição de uma mistura reacional pode ser expressa em função de uma constante de equilíbrio. Assim, cada equilíbrio químico é caracterizado por um valor numérico chamado constante de equilíbrio, que é representado pelo símbolo Kc (a letra “c” subscrita refere-se ao uso das concentrações em quantidade de matéria empregadas na lei de ação das massas). Considere a equação química genérica: aA + bB ⇌ cC + dD em que a, b, c e d são os menores coeficientes estequiométricos inteiros da reação química balanceada. A expressão da constante de equilíbrio para a reação química genericamente representada é, portanto: Kc = Logo, a expressão para a constante de equilíbrio para a reação de síntese de HI(g) é: H2(g) + I2(g) ⇌ 2 HI(g) Kc = A lei de ação das massas elaborada empiricamente por Guldberg e Waage foi corroborada posteriormente por meio de cálculos mais complexos, tendo como base aspectos termodinâmicos das reações químicas. A constante de equilíbrio também pode ser expressa em função das pressões parciais dos participantes do equilíbrio (que estão no estado gasoso ou vapor), porque a pressão parcial de um gás é proporcional à sua concentração em quantidade de matéria – de acordo com a equação dos gases ideais. Assim, tem-se a constante de equilíbrio expressa em função das pressões parciais, Kp: Kp = Página 226 Note que, por convenção, as concentrações (ou as pressões parciais) dos produtos são expressas no numerador, e as dos reagentes, no denominador. Calculando a constante de equilíbrio em função da concentração para os três experimentos mencionados na tabela do início deste tema, são obtidos os seguintes valores:
* Aqui a constante de equilíbrio é adimensional. Fonte: MALONE, L.; DOLTER, T. O. Basics concepts of Chemistry. 8. ed. New Jersey: John Wiley & Sons, 2010. p. 486. Esse quociente (Kc = 54) é sempre o mesmo para todos os experimentos de síntese do gás HI realizados a 450 °C nos quais o equilíbrio foi atingido, qualquer que seja o ponto de partida da reação (pela mistura inicial contendo os gases H2 e I2 ou pela decomposição do gás HI) e quaisquer que sejam as concentrações iniciais. Assim, esse valor indica que, quando a reação atingir o equilíbrio (coexistindo H2, I2 e HI em concentrações constantes ao longo do tempo) na temperatura de 450 °C, o valor numérico, resultado da expressão da constante de equilíbrio, será igual a 54,0. A constante de equilíbrio terá sempre o mesmo valor para uma dada reação reversível desde que a temperatura seja a mesma. Assim, o valor da constante, para determinado equilíbrio, só depende da temperatura. Observe novamente a expressão para a constante de equilíbrio da reação de síntese de HI: Kc = Quanto maior for a concentração dos produtos no equilíbrio, maior será o valor da constante. Assim, o valor do Kc é um importante indicador do rendimento de uma reação. Observe a seguinte representação:
Modelo para duas situações que apresentam diferentes constantes de equilíbrio. Representação sem escala; cores fantasia. Considerando a ordem direta da reação genérica representada, no modelo da esquerda observa-se o predomínio de produtos; nesse caso, o valor numérico de Kc é muito maior que 1. No modelo da direita, há predomínio dos reagentes e, nesse caso, a constante de equilíbrio é muito menor que 1. Retomando a pergunta feita anteriormente, como saber que aquela mistura reacional, constituída por 1,2 mol/L de HI, 0,40 mol/L de H2 e 0,40 mol/L de I2, atingiu o equilíbrio? Página 227 Para respondê-la, é preciso determinar o quociente da reação (Q). Na condição de equilíbrio, o valor da expressão de Q é numericamente igual à de Kc. Já se sabe que, para o equilíbrio em questão, a 450 °C, o valor de Kc é 54. Assim, determina-se o valor do quociente da reação. Q = 
Q = 
Q = 9 Observe que o valor do quociente da reação nessa situação não é igual ao valor da constante de equilíbrio. O fato de o valor de Q ser diferente do de Kc significa que o sistema ainda não atingiu o equilíbrio — esse equilíbrio será atingido apenas quando Q for igual a Kc. Portanto, o quociente Q ainda deverá aumentar até atingir o valor de 54 e, para isso, será formado mais produto (HI), diminuindo a concentração dos reagentes H2 e I2, até que o equilíbrio químico seja atingido. Atividade prática
Não inale os vapores da solução de amônia; manipule-a com cuidado, para que não haja contato com a pele ou com os olhos. Faça o experimento em ambiente arejado e longe de fontes de ignição. Consulte o infográfico Segurança no laboratório antes de iniciar a atividade. Conforme estudado até este momento, as reações reversíveis tendem a atingir um estado de equilíbrio químico. Nele, pode haver predominância tanto de produtos quanto de reagentes, o que pode ser verificado pelo valor da constante de equilíbrio correspondente. No entanto, o que acontece quando um sistema em equilíbrio é submetido a uma ação externa?
Uma proveta graduada até 100 mL (ou um copo graduado com esse volume) Água Um frasco de plástico vazio e limpo, com tampa (semelhante ao de maionese) Dois conta-gotas 10 mL de solução de fenolftaleína 10 mL de solução aquosa de amônia (também chamada de hidróxido de amônio ou, ainda, solução de amoníaco; pode ser adquirida em farmácias) Papel de tornassol vermelho Uma colher de plástico 50 g de nitrato de amônio granulado (fertilizante encontrado em lojas de produtos agrícolas) Procedimento 1 Meça aproximadamente 100 mL de água na proveta e, em seguida, adicione essa quantidade de líquido no frasco de plástico. Adicione cinco gotas da solução de fenolftaleína na água. Anote os resultados. 2 Nessa mesma solução, adicione dez gotas da solução de amônia. Observe se a coloração da solução no frasco se altera. Anote os resultados. 3 Umedeça uma tira do papel de tornassol vermelho com água e fixe-a na parte interna da tampa do frasco. 4 Feche bem o frasco, agite-o cuidadosamente (de modo que a solução não entre em contato com o papel de tornassol). Observe o papel e anote os resultados. 5 Em seguida, abra cuidadosamente o frasco e, com o auxílio de uma colher, adicione alguns grãos de nitrato de amônio (NH4NO3). Depois, com a colher, faça movimentos circulares até que todo o sólido tenha se dissolvido. 6 Feche o frasco, agite-o como indicado no item 4 e observe se ocorreu alguma alteração visual no sistema, tanto na fase líquida quanto na tira de papel de tornassol. Se necessário, abra o frasco com cuidado para visualizar o papel de tornassol. Observe o papel e feche o frasco o mais rápido possível. Anote os resultados. Página 228 Perguntas Responda em seu caderno 1 A fenolftaleína é um indicador ácido-base que, de acordo com o pH da solução em estudo, apresenta as seguintes colorações: 
Assim, o que se pode inferir quanto ao caráter ácido-básico da solução de amônia? Qual destes íons deve apresentar maior concentração na solução: H+(aq) ou OH−(aq)? Explique. 2 A amônia (NH3) é uma substância gasosa nas condições ambiente. Em meio aquoso suas moléculas são ionizadas, produzindo uma solução de caráter básico. Escreva no caderno a equação química do equilíbrio envolvido. 3 O que se pode observar na fase líquida depois da adição de nitrato de amônio? O que isso indica em relação à variação da concentração dos íons OH –(aq) no equilíbrio? 4 Considere a informação a seguir. 
ILUSTRAÇÕES: LUIZ RUBIO Cores do papel de tornassol em função do pH da solução testada. O que é possível concluir do que se observou no papel de tornassol após a adição de nitrato de amônio? Explique.
Após o término da atividade, mantenha o frasco tampado para evitar a liberação de vapores de amônia. Entregue o frasco fechado ao seu professor, que providenciará o descarte de modo adequado. Conclusões 1 Com relação ao equilíbrio da ionização da amônia em água, a adição de nitrato de amônio favoreceu a ocorrência da reação direta ou da inversa? De que modo a coloração do papel de tornassol corrobora essa hipótese? Explique. 2 O que se pode concluir a respeito da adição de uma espécie química a um sistema em equilíbrio que já apresenta essa espécie? 3 Toda bebida gaseificada apresenta um sistema em equilíbrio – o gás carbônico dissolvido em água reage com ela como representado a seguir. CO2(g) + H2O(l) ⇌ H+(aq) + HCO3−(aq) O que se pode esperar a respeito da efervescência, se forem adicionadas gotas de suco de limão a um copo com água gaseificada? Justifique.
A alteração na cor do galinho do tempo deve-se à presença do sal cloreto de cobalto(II) em sua tinta. Na forma desidratada, esse sal apresenta cor azul. Porém, na forma hidratada, passa a ficar rosa. Isso ocorre porque a interação da luz com a forma desidratada não acontece da mesma maneira que com a forma hidratada. O equilíbrio químico em questão pode ser representado pela seguinte equação química: CoCl2(s) + 6 H2O(v) ⇌ CoCl2 ⋅ 6 H2O(s) Explique por que o galinho do tempo muda de cor em função da umidade relativa doar. Formule uma hipótese de como essa mudança de cor no galinho do tempo pode colaborar com a previsão do tempo utilizando as conclusões que a execução da atividade prática permitiu que fossem obtidas. 5 Conforme orientações do professor, organize as conclusões obtidas e compare-as com as dos colegas. O deslocamento de equilíbrio e a degradação do esmalte dentário Foi estudado que o aumento da acidez bucal favorece a degradação do esmalte dentário. Mas como isso acontece? Note, pela equação química do equilíbrio desmineralização-remineralização da hidroxiapatita, que a presença dos íons hidróxido (OH−) é importante para que a remineralização, isto é, a formação do esmalte dos dentes, ocorra: Ca5(PO4)3OH(s) No entanto, os ácidos produzidos pelo metabolismo das bactérias da boca (ao utilizarem como fonte de energia os restos de alimentos) levam ao aumento da acidez bucal, ou seja, ao aumento na concentração de íons H+(aq) na saliva. Os íons H+(aq) reagem com os íons OH−(aq) provenientes da reação de desmineralização, formando água: H+(aq) + OH−(aq) ⇌ H2O(l) Essa reação diminui a disponibilidade de íons hidróxido e, consequentemente, a formação da hidroxiapatita do esmalte não é favorecida. Em outras palavras, o equilíbrio de desmineralização-remineralização é deslocado para a formação de íons OH− (reação direta): Ca5(PO4)3OH(s) ⇌ 5 Ca2+(aq) + 3 PO43− (aq) + OH−(aq) reage com íons H+ formando água Observe, portanto, que os íons H+(aq), provenientes da ionização dos ácidos gerados pelo metabolismo das bactérias, favorecem o processo de desmineralização. A higiene bucal correta, com a remoção de restos de alimentos e da placa bacteriana, por exemplo, contribui para que a acidez na boca seja menor. Assim, à medida que a acidez do meio diminui, a remineralização é favorecida. A desmineralização e a remineralização acontecem com diferentes taxas de rapidez ao longo da vida de uma pessoa. Nas crianças, a remineralização é mais rápida. Nos adultos, as taxas são iguais (sistema em equilíbrio). Em idades mais avançadas, a desmineralização pode ocorrer mais rapidamente que a remineralização, resultando na lenta degradação do esmalte e eventual perda dos dentes. Note que os equilíbrios podem ser modificados por meio de alteração das condições a que estão submetidos. Se a condição favorecer o aumento da concentração de íons OH−(aq), a quantidade de hidroxiapatita presente no esmalte dos dentes aumentará e a formação dos produtos da dissolução da hidroxiapatita será reduzida; se a condição favorecer a formação de hidroxiapatita no esmalte, a concentração de íons (cálcio, fosfato e hidróxido) será reduzida. No caso do equilíbrio que envolve a hidroxiapatita, a diminuição do pH bucal, resultado do aumento da concentração de íons H+(aq), favorece a formação dos produtos e, consequentemente, diminui a quantidade de reagente (que é a hidroxiapatita sólida), resultando na degradação do esmalte dentário e favorecendo a formação de cáries.
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5 Ca2+(aq) + 3 PO3−4(aq) + OH−(aq)