UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
Equilíbrio Químico Prática V de Química Geral Experimental
Dupla: Hellen Aparecida Andrade e Ítalo Esteves Coutinho. Curso: Química Diurno. Turma: C2. Data de Realização da Prática: 10 de Maio de 2011. Data de Entrega do Relatório: 17 de Maio de 2011. 2011 .
Química Geral Experimental 1 EQUILÍBRIO QUÍMICO
Equilíbrio Químico Trabalho apresentado para avaliação da disciplina
Quím ica G eral Ex perimental, a qu al é ministrada pela Professora Cynthia Peres Demicheli no curso de Q uímica Diurno da Universidade Federal de Minas G erais.
Belo Horizonte 2011
Química Geral Experimental 2 EQUILÍBRIO QUÍMICO
ÍNDICE
Introdução ..................................... ............................ ............................................................ ................................ 3 Objetivo ..................................................................... ............................ ................................. .............................. 3 Recursos Necessários ........................................................ ............................ .............................. ........................ 3 Metodologia ........................................................................ ............................ ............................. ......................... 4 Resultados e Discussão ............................................................ ............................ ............................................... 5 Conclusão .............................. ............................. ............................................................................ ...................... 6 Referências ............................................................. ............................ ........................................... ...................... 7
Química Geral Experimental 3 EQUILÍBRIO QUÍMICO
INTRODUÇÃO A condição na qual as concentrações de todos os reagentes e produtos em um sistema fechado param de variar com o tempo é chamada de equilíb rio quí mico. O equilíb rio quí mico acontece quando as reações direta e inversa acontecem a velocidades iguais. (BROWN, 2005)
O equilíb rio dinâmico para o qual todas as reações tendem é um aspecto muito importante da ciência em geral. Precisa-se conhecer a composição de uma mistura de reação no equilíb rio por que ela diz a quantidade de produto que se deve esperar. Para se controlar o rendimento de uma reação, é necessário entender a b ase termodinâmica do equilíb rio e como a posição do equilíb rio é afetada por condições como a temperatura e a pressão. A resposta do equilíb rio à mudança de condições tem grande importância econômica e b iológica: a regulação do equilíb rio afeta o rendimento dos produtos dos processos industriais, por exemplo; e as células vitais esforçam-se para evitar chegar a um equilíb rio dinâmico. (ATK INS, 2007) Não
é dif í cil perceb er que o estudo dos equilíb rios quí micos é fundamental para as ciências em
geral. É menos dif íc il ainda assimilar sua presença e fundamental importância em ações cotidianas.
OBJE TIVO Analisar macroscopicamente sistemas em equilíb rio quí mico, b em como verificar experimentalmente e reconhecer os fatores que influenciam o equilíb rio quí mico segundo o princí pio de Le Châtelier.
RECURSOS NE CESSÁ RIO S Materiais
Reagentes e Indicadores p
Solução 0, 05 mol L- 1 de K2Cr O4;
p
Solução 0, 05 mol L- 1 de K2Cr 2O7; Solução 0 5 mol
L 1 de NH OH
Química Geral Experimental 4 EQUILÍBRIO QUÍMICO p
Suporte para tubos de ensaio;
p
4 tubos de ensaio;
p
6 béqueres: (4) 50 mL, (1) 100 mL e (1) 250 mL;
p
Tela de amianto;
p
Tripé;
p
Bico de Bunsen;
p
Pinça de madeira;
p
4 pipetas graduadas (10,00 mL);
p
1 proveta (5,0 mL)
METODOLOGIA Na primeira prática, encheram-se dois tubos de ensaio com 2 mL da solução de dicromato de potássio (K2Cr 2O7)1 e um terceiro tubo com 2 mL da solução cromato de potássio (K2Cr O4)1.
Feito esse primeiro passo, realizaram-se três diferentes reações, que são: a) Em um dos tubos que contém a esp écie dicromato (Cr 2O72-), adicionaram-se 0,5 m L da solução de
NaOH, o
que corresponde, aproximadamente, a dez gotas. Então se comparou a coloração
adquirida pela solução desse tubo com a dos outros e anotaram-se as variações observadas. b)
Ao mesmo tubo adicionou-se 1 mL de HCl. O tubo foi então agitado e as variações macroscópicas foram comparadas com as dos outros tubos e anotadas.
c) No tubo de ensaio que continha a espécie cromato
(Cr O42-) adicionaram-se 2 gotas da solução de
Ba(NO3)2. Então agitou-se o tubo de ensaio e as mudanças visuais observadas na solução foram tomadas em nota. Esse procedimento foi reproduzido no tubo de ensaio que continha a solução de K2Cr 2O7. Na segunda prática adicionaram-se
2 mL de água em tubo de ensaio, bem como 3 gotas da
solução de amônia ( NH4OH) e uma gota da solução alcoólica de fenolftaleína. Essa solução resultante foi despejada sobre um pano branco. O pano embebido com a solução foi então agitado ao ar por cerca de três minutos. Os resultados observados foram devidamente anotados. Na terceira prática, adicionaram-se
2 mL da solução vermelha a um tubo de ensaio. Foram
adicionadas ainda gotas de HCl concentrado2 até que alguma variação visual fosse observada. Então, ao mesmo tubo adicionou-se água destilada até que alguma mudança macroscópica fosse registrada.
Após anotarem-se os resultados observados nas duas etapas anteriores, levou-se o mesmo tubo de ensaio ao fogo, para ser aquecido em banho-maria. Posteriormente, resfriou-se o mesmo tubo em água
Química Geral Experimental 5 EQUILÍBRIO QUÍMICO
corrente. Novamente, os resultados notados entre cada um dos dois últimos passos foram registrados e interpretados. 1Ob servação:
tanto o dicromato de potássio quando o cromato de potássio devem ser
manipulados com cuidado, uma vez que são fortes oxidantes. Devem ser mantidos longe de produtos com b ustíveis, sob risco de incêndio. Os dois compostos são ainda nocivos por possuírem cromo(VI) em suas estruturas, um agente cancerígeno potencial em humanos. 2Ob servação:
o ácido clorídrico (HCl) é um ácido extremamente forte e deve ser manuseado
com cautela, preferencialmente com o auxílio de luvas e óculos de segurança. Por ter alto poder de corrosão, pode causar severos danos a qualquer tecido vivo. Seus vapores tam bém são altamente prejudiciais à saúde, uma vez que podem causar edema pulmonar e diversas irritações às vias respiratórias.
RES ULTADOS E DIS CUSS ÃO Devido à fácil observação da mudança, o equilíbrio cromato-dicromato é fre quentemente utilizado como exemplo no estudo do deslocamento de equilíbrios químicos. Uma solução que cont ém íons cromato (Cr O42-) é amarela, enquanto a que cont ém dicromato (Cr 2O72-) é alaranjada. Na prática,
quando se adicionou solução de NaOH no tubo contendo dicromato de potássio, observou-se que a solução se tornou amarela.
Para se explicarem as alterações que um sistema pode sofrer ao ser perturbado, deve-se ter como fundamento o princípio de Le Châtelier, enunciado em 1888 pelo químico francês Henri Louis Le
Châtelier, o qual diz que se um sistema em equilíbrio for submetido a uma perturbação, haverá um deslocamento nesse equilíbrio no sentido de neutralizar o efeito da mudança.
O fenômeno do primeiro experimento pode, então, ser explicado através da observação da seguinte equação química:
2 Cr O42-(aq) + 2 H+(aq)
Cr 2O72-(aq) + H2O(l)
Assim, ao se adicionar NaOH ao tubo contendo dicromato, os íons H+ do equilíbrio acima representado foram consumidos para a formação de água (H+(aq) + OH-(aq)
p
H2O(l)), ocasionando o
deslocamento do equilíbrio para a es querda e produzindo íons cromato (Cr O 42- ), de coloração amarelada. Ao se adicionar ácido clorídrico ao mesmo tubo, observou-se o retorno da coloração alaranjada, pois o equilíbrio foi deslocado para a direita e houve produção de íons Cr 2O72-.
Química Geral Experimental 6 EQUILÍBRIO QUÍMICO
A rigor, a mudança de cor p er s e não p rova que o dicromato p ass ou a cromato. A com p rovação p ode s er feita a p artir da reação re p res entada abaixo: Ba2+(aq) + Cr O42-(aq) p BaCr O4(s) A solubilidade do BaCr O 4 é de 8,5 x 10-11 mol L-1, enquanto o BaCr 2O7 é sol úvel. De fato, quando se adicionou nitrato de bário ao tubo contendo a solução de cromato de potássio, observou-se a imediata precipitação de BaCr O4; no tubo contendo dicromato, não houve turvação. No segundo experimento, despejou-se uma solução aquosa fortemente rósea de amônia e
fenolftaleína sobre um pano branco. Observou-se a mancha desaparecendo completamente após alguns minutos. O fenômeno pode ser explicado através da análise, à luz do princípio de Le Châtelier, do equilíbrio químico representado pela equação a seguir. NH3(aq) + H2O(l)
NH4+(aq) + OH-(aq)
¨H < 0
A amônia (NH3) é uma substância volátil. Q uando o pano foi agitado ao ar, ela se volatilizou, deslocando o equilíbrio para a es querda, ou seja, consumindo os íons OH -, responsáveis, juntamente à fenolftaleína, pela coloração rósea. Um experimento viável para corroborar essa hipótese consiste em adicionar sobre o local onde estava a mancha mais solução de amônia. Assim pôde-se ver a coloração rósea voltando. Isso ocorre por que a fenolftaleína continua depositada sobre o pano, já que não é volátil como a amônia. No terceiro experimento, ao se adicionar ácido clorídrico
à solução de cloreto de cobalto(II)
hidratado, a solução, antes vermelha, tornou-se azul. O equilíbrio químico envolvido pode ser expresso pela equação química abaixo:
[CoCl4]2-(alc) + 4 H2O(l)
[Co(H2O)4Cl2](alc) + 2 Cl-(aq) ¨H < 0
A adição de ácido clorídrico introduziu íons Cl-(aq) no sistema, fazendo com que o equilíbrio se deslocasse no sentido do consumo de cloreto, ou seja, para a es querda. Dessa forma, predominou em solução o complexo [CoCl4]2-(alc) , responsável pela coloração azul notada.
Q uando se diluiu a solução azul, a cor vermelha inicialmente observada retornou. De fato, quando moléculas de água foram adicionadas ao equilíbrio, esse foi deslocado para a direita, produzindo cloreto de cobalto(II) hidratado, uma esp écie vermelha.
Ao se aquecer o tubo, a solução lentamente tornou-se azul. O acr éscimo de calor desloca o equilíbrio no sentido da reação endotérmica, ou seja, para a es querda (como indicado pelo ¨H) ,
Química Geral Experimental 7 EQUILÍBRIO QUÍMICO
produzindo [CoCl 4]2-(alc) , a espécie azul. Q uando o tubo foi resfriado, a cor vermelha foi voltando aos poucos, o que, por um raciocío análogo, indica que o equilíbrio foi deslocado para produzir mais
[Co(H2O)4Cl2]. É importante ressaltar que, nos equilíbrios estudados, uma determinada cor indica a predominância de uma esp écie química sobre a outra, e não que há em solução somente a esp écie responsável pela cor.
CO NCLU SÃO Na prática relatada por este trabalho, puderam-se analisar macroscopicamente sistemas em
equilíbrio químico, verificando-se experimentalmente alterações nos fatores temperatura e concentração, os quais ocasionam o deslocamento dos diversos equilíbrios à luz o princípio de Le
Chatelier. Ainda há o fator pressão, o qual não foi estudado nos experimentos realizados, pois provoca alterações significativas apenas em sistemas gasosos.
REFERÊ NCIA S DEMICHELI, Cy nthia Peres [et al]. Práticas de Q uímica G eral. Belo Horizonte: DQ - UFMG , 2006, p. 36²40.
Ficha
de
segurança
do
ácido
clorídrico.
Disponível
no
site
http://www.higieneocupacional.com.br/download/ac-clor-braskem.pdf. Acesso em 16 Maio 2011, às
20h40. ATKINS, P.W.; LORETTA, J. Princípios de Q uímica: Q uestionando a Vida Moderna e o MeioAmbiente. Porto Alegre: Bookman, 2007, p. 425 , 426. BROWN, T.L. [et al]. Q uímica: A Ciência Central. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005, p. 531 .
