Química > Equilíbrio > Princípio de Le Chatelier

INTRO

É muito interessante que essa ideia pareça ser relacionada ao conceito de homeostase, em seres vivos, onde sistemas de feedback negativo controlam a temperatura e concentrações de gases e nutrientes no sangue, por exemplo.

Aqui se nota que a reação química responde às modificações de condições do ambiente externo (perturbações) , de modo a minimizá-las.

 

Há 3 tipos principais de perturbação:

 

CALOR

Se um sistema em equilíbrio é uma reação exotérmica (A-->B) e a temperatura é aumentada externamente, o equilíbrio será deslocado na direção d areação endotérmica (B-->A) de modo a consumir o calor extra. Dessa forma o efeito da perturbação externa, que era de aumentar a temperatura do sistema, será diminuído.

N₂O₄ ⇌ 2NO₂ 

Essa reação é endotérmica (consome calor) e portanto um aumento de temperatura será contrabalançado por um deslocamento do equilíbrio para a direita, para que mais calor seja consumido.

O NO₂ é marrom e o N₂O₄ não tem cor. Se fizermos esta reação em um vidro transparente, veremos que com o aumento da temperatura a cor marrom se acentua (deslocamento do equilíbrio para a direita), e o contrário acontece se resfriarmos a mistura (deslocamento do equilíbrio para a esquerda). Isto pode ser observado no vídeo sugerido abaixo:

 

PRESSÃO

Se o volume ocupado pelos reagentes é diferente do ocupado pelos produtos, haverá um deslocamento do equilíbrio devido a variação de pressão sobre o sistema.

Se a pressão é aumentada, a reação do sistema seria deslocar o equilíbrio para o lado que ocupe o menor volume, para reduzir a pressão.

N₂ (g ) + 3H₂ (g ) ⇌ 2 NH₃(g )

Dessa forma se produz amônia (NH₃)em grandes volumes. É uma maneira de fixar o nitrogênio do ar para aplicações diversas.

Do lado esquerdo temos 4 moles de gases. Do lado direito temos 2. Portanto um aumento de pressão deslocaria o equilíbrio para a direita. E vice-versa.

Industrialmente, interessa produzir o máximo de amônia possível e portanto essa reação é executada a altas pressões.

 

CONCENTRAÇÃO

Se a perturbação ao sistema em equilíbrio é a mudança na concentração de determinada substância, o sistema reage de modo a diminuir esta perturbação. Ou seja, se há um aumento de concentração, o equilíbrio é deslocado no sentido de consumir a substância correspondente de modo a diminuir sua concentração, e vice-versa.

O deslocamento do equilíbrio decorrente da variação doas concentrações pode ser também usado no processo de Haber descrito acima. Nesse caso se retira a amônia do reator, à medida que é produzida. Isso causa o deslocamento do equilíbrio para a direita, para que mais amônia seja produzida!

INTRO - O elemento bário (número atômico=), que possui esse nome por ser pesado (do grego Bar-pesado, como em barômetro para pedir a pressão e o peso da atmosfera), bloqueia a passagem dos raios-x, da mesma maneira que outros elementos pesados como o chumbo. Por isso ele é inserido no estômago e intestinos para que se possa visualizar detalhes destes órgãos. Os raios-X destacam os ossos, por exemplo, por oferecerem maior resistência à passagem deles. O bário faz a mesma coisa. Sem o contraste de bário, os tecidos do sistema digestivo, assim como a maioria , seriam relativamente transparentes. No caso da necessidade de visualizar o sistema circulatório circulatório, se aplica uma injeção de iodo na veia. O iodo é outro elemento pesado (número atômico=).

O bário pode ser administrado pela boca, na forma de sulfato de bário, e daí ele se move para os demais órgãos do tubo digestivo. O problema é que o bário é tóxico! No entanto, o bário não é liberado porque ele está "preso" ao sulfato , formando um sal insolúvel, ou melhor, muito pouco solúvel.

Outro exemplo é a tentativa frustrada de administrar HgCN (cianeto de mercúrio) como um veneno pior que o tradicional HCN (gás) ou NaCN (pó solúvel em água). Embora sejam 2 venenos na mesma substância, mercúrio e cianeto, a morte por envenenamento não é alcançada porque o composto é muito pouco solúvel em água.

O efeito do íon comum

A solubilidade do sulfato de bário pode ser reduzida ainda mais pelo efeito do íon comum, para assegurar que muito pouco deste elemento tóxico seja liberado no organismo do paciente sujeito à tomografia. Por isso outra substância é administrada juntamente com o sulfato de bário: o sulfato de sódio (Na₂SO₄). Este sal dissolve e aumenta a concentração de íons sulfato e portanto o equilíbrio (abaixo) é deslocado para a esquerda:

A dissolução do sulfato de bário em água é descrita pela equação:

BaSO₄ (aq) ⇌ Ba ²⁺ (aq) + SO₄^2- (aq)

Conforme explicado na introdução o produto de solubilidade é dado por :

K_ps = [Ba ²⁺ ][SO₄^2- ] = 1,1 * 10^-10

 

A solubilidade dos íons pode ser calculada como mostrado na introdução:

1,1 * 10^-10 = S² => S = 1,05 * 10^-5 M

Esta é a mesma para o bário e o sulfato. O que nos interessa é o bário.

 

Vejamos o que acontece se adicionamos uma solução 0,1M de Na₂SO₄. Haverá um aumento no número de íons sulfato na solução, cuja concentração passará a ser S + 0,1. Usamos esta nova concentração na expressão de K_ps :

K_ps = [Ba ²⁺ ][SO₄^2- ] = 1,1 * 10^-10 = S_n (S_n +0,1)

note que S_n é a concentração após a adição do sulfato de sódio.

Para achar S_n teremos uma equação do segundo grau:

S_n² + 0,1*S_n - K_ps = 0

Esta pode ser simplificada se desprezamos S_n² por ser muito menor que S_n :

0,1*S_n - K_ps = 0 => S_n = 1,1 * 10^-10 / 0,1 = 1,1 * 10^-9 M

Conclusão:

A concentração de íons de bário diminuiu de 1,05 * 10^-5 M para 1,1 * 10^-9 M, ou seja, cerca de 10 mil vezes! Dessa forma o efeito do íon comum aumenta bastante a segurança dos pacientes!

 

 

 

índice geral do curso de química >>

 

© Ricardo Esplugas de Oliveira, 2020