Equilíbrio Químico

Equilíbrio Químico

Imagine um recipiente onde foram colocados os gases de hidrogênio e nitrogênio, resultando na formação de amônia:

3H₂(g)   +   1N₂(g) à 2NH₃(g)

A equação química, acima citada, está devidamente balanceada, as quantidades estequiométricas com que cada substância participa já estão colocadas proporcionalmente (3:1:2).

Agora, colocamos o gás de amônia em outro recipiente fechado, reagindo, teremos os gases de hidrogênio e nitrogênio:

2NH₃ (g) à 3H₂(g) + 1N₂(g)   , na proporção 2:3:1

Após um certo tempo, teremos a mesma situação em ambos os recipientes, ou seja, uma mistura de três componentes. A  quantidade de cada um deles dependerá da temperatura em que se encontra o sistema.

Resumindo, para representar reações assim, a equação química terá uma seta dupla, indicando que a reação tem dois sentidos. Esse tipo de reação é chamada de reversível.

Em sistemas fechados, as reações reversíveis, caminharão de forma espontânea para o equilíbrio químico, isto é, a situação com a menor quantidade  de energia necessária para se manter o sistema.

 Características que determinam o equilíbrio químico de uma reação:

1. A velocidade da reação direta iguala-se à velocidade da reação inversa:

                                                                                  V_d = V_i

2. As substâncias  têm concentrações constantes, parecendo que a reação terminou. Entretanto, ela continua e a quantidade de reagentes que é consumida, na reação direta é igualmente repostas pela reação inversa.

3.  Não havendo mudança de temperatura, ao final, a proporção de cada um dos componentes será a mesma, não importando as condições iniciais;

4.     A energia será a mínima necessária para que o sistema se mantenha.

Quando o conjunto de reagentes e produtos, forma um equilíbrio dinâmico estável, esse permanecerá inalterado, a não ser que algum fator provoque alteração nesse sistema. Quando isso ocorrer o sistema tende a estabelecer uma nova situação de equilíbrio.

Princípio de Le Chatelier: “ Quando se provoca uma perturbação em um sistema  de reagentes e produtos em equilíbrio, este é deslocado no sentido de anular tal perturbação, o sistema procura atingir um novo estado de equilíbrio.”

Numa reação reversível, o deslocamento do equilíbrio pode ocorrer de duas maneiras:

a.       A velocidade  da reação direta aumenta:  V_d > V_i ;o equilíbrio se desloca para a direita

b.      A velocidade da reação direta diminui: : V_d < V_i ; o equilíbrio se desloca para a esquerda.

O equilíbrio será deslocado para a direita ou para a esquerda até que um novo estado de equilíbrio seja estabelecido.

Fatores que podem deslocar um equilíbrio:

• Temperatura: aumentando ou diminuindo a temperatura num sistema onde ocorre a reação reversível, interfere-se diretamente no equilíbrio desse sistema. Aumentando a temperatura, fornecemos energia, aumentando o movimento das moléculas, assim, aumentando o número de colisões efetivas, consequentemente a velocidade da reação. Contudo, as velocidades das reações diretas e inversas não serão alteradas com a mesma intensidade.

A reação endotérmica se beneficia do aumento de temperatura de forma mais intensa do que a reação exotérmica. No aumento da temperatura o equilíbrio se desloca no sentido da reação endotérmica; já na diminuição de temperatura o equilíbrio se desloca no sentido da reação exotérmica;

·         Pressão : num eventual aumento de pressão o equilíbrio se deslocará no sentido da diminuição da quantidade de moléculas disponíveis, na tentativa de reduzir o número de elementos para as colisões; o contrário acontecerá com a redução da pressão;

Há equilíbrios químicos que não são afetados pela pressão, aqueles em que o volume gasoso é igual em ambos os lados da equação.

Essas conclusões sobre o efeito da pressão são válidas para os equilíbrios químicos dos quais participam gases.

Ex: 

Nas bebidas gaseificadas existe o equilíbrio:

CO_{2 (g)}   +    H₂O _{(l)      <=>}          H⁺_(aq) + HCO_3(aq)

Como há um volume de gás à esquerda e zero à direita, uma diminuição de pressão se desloca para a esquerda, formando CO₂.  É por isso que, ao destampar uma garrafa de refrigerante ou cerveja, vemos bolhas de gás se formarem. 

·         Concentração:

       Ex:

             N₂O₄     <=>       2NO₂  

a.       Se adicionarmos N₂O₄ , o deslocamento será para a DIREITA;  -->

b.      Adicionando-se NO₂ , o deslocamento será para a ESQUERDA;<--

c.       A retirada de  N₂O₄, desencadeia um deslocamento para a ESQUERDA; <--                 

-->
     
        d. A retirada de NO₂ , o deslocamento será para a DIREITA                                  

Assim, podemos concluir o porquê de só encontrarmos corais em águas quentes. Em mares de águas frias, a concentração de CO₂ dissolvido é maior, e o equilíbrio se desloca para a direita, consumindo o CaCO₃, um dos componentes dos corais.

Em mares quentes, há pouco CO₂ dissolvido, provocando a precipitação de CaCO₃.

CaCO_3(s)  +  CO_2(aq)  + H₂O_(l)       <=>     Ca(HCO₃)_{2 (aq)} 

A Absorção da aspirina:

A aspirina é uma substância de caráter ácido que, em água, sofre o seguinte equilíbrio:

   Aspirina                 < = >                Aspirina       +     H⁺

Consegue atravessar                                  Não consegue atravessar

a membrana do   estômago                              a membrana do estômago

 Dentro do estômago a concentração de H⁺ é elevada, o que desloca o equilíbrio para a esquerda, facilitando a absorção do medicamento. Do outro lado da membrana (dentro), a concentração de H⁺  é pequena e o equilíbrio é deslocado para a direita, dificultando a volta da aspirina para o estômago.

Efeito Estufa

Efeito Estufa

Do total de raios solares que atingem o planeta, quase 50% ficam retidos na atmosfera o restante, que alcança a superfície terrestre, aquece e irradia calor. Esse processo é chamado de efeito estufa.  Apesar de o efeito estufa ser figurado como algo ruim, é um evento natural que favorece a proliferação da vida no planeta Terra. O efeito estufa tem como finalidade impedir que a Terra esfrie demais, pois se a Terra tivesse a temperatura muito baixa, certamente não teríamos tantas variedades de vida. Contudo, recentemente, estudos realizados por pesquisadores e cientistas, principalmente no século XX, têm indicado que as ações antropogênicas (ações do homem) têm agravado esse processo por meio de emissão de gases na atmosfera, especialmente o CO₂.

O dióxido de carbono (CO2) é produzido a partir da queima de combustíveis fósseis usados em veículos automotores movidos à gasolina e óleo diesel. Esse não é o único agente que contribui para emissão de gases, existem outros como as queimadas em florestas, pastagens e lavouras após a colheita.

Com o intenso crescimento da emissão de gases e também de poeira que vão para a atmosfera, certamente a temperatura do ar terá um aumento de aproximadamente 2ºC em médio prazo. Caso não haja um retrocesso na emissão de gases, esse fenômeno ocasionará uma infinidade de modificações no espaço natural e, automaticamente, na vida do homem. Dentre muitas, as principais são:

• Mudanças climáticas drásticas, onde lugares de temperaturas extremamente frias sofrem elevações e áreas úmidas enfrentam períodos de estiagem. Além disso, o fenômeno pode levar áreas cultiváveis e férteis a entrar em um processo de desertificação.

• Aumento significativo na incidência de grandes tempestades, furacões ou tufões e tornados.

• Perda de espécies da fauna e flora em distintos domínios naturais do planeta.

• Contribuir para o derretimento das calotas de gelo localizadas nos polos e, consequentemente, provocar uma elevação global nos níveis dos oceanos.

Nas ultimas décadas, contudo, a concentração natural desses gases isolantes tem sido aumentada demasiadamente pela ação do homem, como a queima de combustíveis fósseis, o desmatamento e a ação das indústrias, aumentando a poluição do ar. O excesso dessa camada está fazendo que parte desses raios não consigam voltar para o espaço, provocando uma elevação na temperatura de todo o planeta, o aquecimento global. Por isso, o nome estufa é usado para descrevê-lo.

  

Ozônio à superfície no smog

Ozônio à  superfície no smog à Smog  fotoquímico é um fenômeno muito comum no mundo moderno. Para que uma cidade fique sujeita ao smog fotoquímico, várias condições devem ser satisfeitas, tais  como:

1.       Tráfego de veículos substancial para emitir NO suficiente, hidrocarbonetos e outros COVs no ar;

2.       Calor e ampla luminosidade solar para que as reações cruciais, ocorram a uma velocidade elevada;

3.       Pouco movimento de massa de ar para que os reagentes não sejam rapidamente diluídos.

Por razões geográficas e elevada densidade populacional, cidades como: Los Angeles; Denver; México; Tóquio; Atenas; São Paulo e Roma se ajustam perfeitamente a essas condições, estando sujeitas a frequentes episódios de smog.

Esse fenômeno (smog) foi observado pela primeira vez, na década de 40, em Los Angeles. Nas últimas décadas devido os controles de poluição, o problema do smog tem sido aliviado.

Como na estratosfera, o ozônio à superfície é produzido pela reação de átomos de oxigênio  com o oxigênio diatômico (O₂). A principal fonte de átomos de oxigênio na troposfera, no entanto, é a dissociação fotoquímica das moléculas de dióxido de nitrogênio (NO₂), provocada pela luz solar:

         UVA

NO₂    à   NO + O

O + O₂   à  O₃

Nas cidades geradoras de smog, a concentração de ozônio não aumenta durante a manhã. Isso porque o óxido nítrico residual reage com o ozônio, formado pela manhã , para recriar o dióxido  de nitrogênio (NO₂) e oxigênio, uma reação que também ocorre na estratosfera.

NO  +  O₃   à  NO₂   +  O₂

Como produto do smog, não temos só o ozônio (O₃), parte do dióxido de nitrogênio (NO₂) reage  com radicais livres para formar ácido nítrico (HNO₃) , e parte reage com radicais livres orgânicos produzindo outros nitratos orgânicos.

O ar na  Cidade do México é tão poluído por ozônio, material particulado e outros componentes do smog e por material fecal carregado pelo ar, que se estima ser responsável pela morte prematura de milhares de pessoas anualmente, (Colin e Cann, pág. 126 – Química Ambiental). Em contraste com áreas temperadas onde os ataques do smog fotoquímico ocorrem quase que exclusivamente no verão (quando o ar está suficientemente quente para manter as reações químicas), na Cidade do México , sua pior poluição, ocorre no inverno. Nos meses de inverno, as inversões térmicas impedem os poluentes de se dissiparem. Parte do smog é oriundo do buteno (componente minoritário do gás liquefeito usado para cozinhar e aquecer as casas, parte do qual, aparentemente vaza para a atmosfera.

Atenas e Roma permitem o tráfego de metade dos veículos em dias alternados, de acordo com os números das placas, visando amenizar os episódios de smog.

Conversores catalíticos colocados antes dos escapamentos nos sistemas de exaustão de veículos movidos a gasolina, visam um controle maior das emissões de NO_x. Os conversores de duas vias controlam somente os gases contendo carbono, já com o uso de uma superfície impregnada com catalisadores de platina e rádio, os conversores de três vias modernos, alternam os óxidos de nitrogênio de volta a nitrogênio e oxigênio elementares, utilizando os hidrocarbonetos não queimados e a combustão dos compostos intermediários CO e H₂ como agentes redutores:

2 NO  à  N₂    +  O₂

2 NO  + 2 H₂  à N₂  + 2 H₂O

Protocolo de Gothenburg à O Protocolo para redução da acidificação, eutrofização e ozônio troposférico da Convenção sobre Poluição Atmosférica Transfronteiriça a Longa Distância (CLRTAP) da Comissão Econômica para a Europa da Organização das Nações Unidas foi estabelecido em 1999 em Gotemburgo e fixou limites de emissão para quatro poluentes atmosféricos a serem respeitados por cada país até 2010.

O Protocolo entrou em vigor na sequência da ratificação por Portugal, em 16 de Maio de 2005, que preencheu assim a quota mínima de países necessários para a sua efetivação.

Os poluentes regulamentados relacionam-se com duas questões fundamentais em termos de poluição do ar: a acidificação e eutrofização, que atinge principalmente os países do Norte da Europa (onde uma das componentes é bem conhecida por ser as chamadas chuvas-ácidas) e o ozônio de superfície ou troposférico, que atinge concentrações que podem ser muito elevadas em particular na Europa do Sul.

A acidificação resulta principalmente de poluentes como os óxidos de azoto(nitrogênio) e o dióxido de enxofre, compostos com azoto e enxofre, resultantes de processos de combustão na indústria e nos transportes, enquanto que a formação de ozônio troposférico resulta em grande parte da transformação de óxidos de azoto e compostos orgânicos voláteis, também emitidos pela combustão em centrais térmicas e tráfego ou fontes naturais como as florestas (no caso dos compostos orgânicos voláteis).

Smog fotoquímico

SMOG

É um fenômeno fotoquímico caracterizado pela formação de uma espécie de neblina composta por poluição, vapor de água e outros compostos químicos. Geralmente, o smog se forma em grandes cidades, onde a poluição do ar é elevada e provocada, principalmente, pela queima de combustíveis fósseis (gasolina e diesel) pelos veículos automotores. Em regiões com grande presença de indústrias poluidoras, o smog industrial também ocorre. Além do vapor de água, podemos encontrar num smog a presença de aldeídos, dióxido de nitrogênio, ozônio, óxido de nitrogênio, hidrocarbonetos e outros compostos orgânicos voláteis.

A palavra smog é de origem inglesa e formada pela união de smoke (fumaça) e fog (neblina, nevoeiro).

- O smog foi  identificado pela primeira vez na década de 40 na cidade de Los Angeles (Califórnia – EUA).

O processo de formação do smog envolve centenas de diferentes reações, envolvendo inúmeras substâncias químicas, ocorrendo simultaneamente. De fato, as atmosferas urbanas têm sido definidas como reatores químicos gigantescos.

Os reagentes chefes originais em um episódio de smog fotoquímico são o óxido nítrico (NO), e os hidrocarbonetos não queimados que  são emitidos para o ar como poluentes dos motores de combustão interna; óxido nitroso também é liberado das usinas termoelétricas.  Os  hidrocarbonetos gasosos e hidrocarbonetos parcialmente oxidados também estão presentes no ar urbano como resultado da evaporação de solventes, combustíveis  líquidos e outros compostos orgânicos. Em conjunto, as substâncias, incluindo os hidrocarbonetos e seus derivados, que evaporam rapidamente para o ar, são chamadas de compostos orgânicos voláteis (COV).

Ex.:

·         Quando um tanque de gasolina é preenchido, a não ser que, a mangueira seja especialmente projetada para minimizar essa perda, o vapor é liberado para o ar atmosférico.

·         A gasolina não queimada, evaporada, também é emitida dos veículos antes que os conversores catalíticos estejam suficientemente aquecidos para funcionar.

·         Motores de dois tempos, como os motores de barcos são particularmente notórios para emitir proporções  significativas de gasolina não queimada para o ar.

·         Embarcações pessoais fabricadas na década de 90, antes dao controle de poluição entrar em vigor, emitiam mais substâncias produtoras de smog em um dia de operação que um automóvel da mesma época dirigido por vários anos.

Outro ingrediente vital no smog fotoquímico é a luz solar, que aumenta a concentração de radicais livres que participam no processo químico de formação do smog.

Substâncias como NO, hidrocarbonetos e COVs que são emitidas diretamente no ar atmosférico são chamadas  de poluentes primários; as substâncias nas quais eles são transformados como O₃ e HNO₃ são chamados de poluentes secundários.

Os COVs mais reativos no ar urbano são os hidrocarbonetos que contêm uma dupla ligação carbono-carbono (C=C), e os aldeídos, uma vez que suas reações com OH e com a luz solar são muito rápidas. Já o metano, também presente no ar, mas com alta energia de ativação, a reação com OH é muito lenta.