Resumo: Cap.: 14

 EQUILÍBRIOS EM SISTEMAS HETEROGÊNEOS

Equilíbrios heterogêneos

Equilíbrios homogêneos envolvem reagentes e produtos que se misturam uniformemente formando uma única fase. É o que ocorre em sistemas gasosos e também nos equilíbrios em que todos os participantes se encontram dissolvidos em uma única fase líquida.

Entretanto, a solubilidade de gases em líquidos ou a formação de precipitados em solução aquosa são exemplos de processos que envolvem equilíbrios em sistemas com mais de uma fase, os quais são chamados de equilíbrios heterogêneos.

K_c para equilíbrios heterogêneos

  

Os sistemas heterogêneos, assim como os homogêneos, também podem alcançar um estado de equilíbrio dinâmico e a eles associar uma constante de equilíbrio.

K_p para equilíbrios heterogêneos

A constante de equilíbrio relacionada à pressão (K_p) comente é aplicada a equilíbrios que envolvam participantes gasosos. Nos casos de equilíbrio heterogêneo, apenas as pressões dos componentes gasosos participam da expressão da K_p.

Perturbação de equilíbrios heterogêneos

Efeito da adição ou remoção de reagente ou produto

A ureia, substância sintetizada a partir de amônia e gás carbônico.

CO₂(g) + 2 NH₃(g) ⇄ NH₄(NH₂CO₂)(s) ⇄ CO(NH₂)₂(s) + H₂O(g)

A formação de ureia é favorecida pela adição de CO₂(g) e NH₃(g) e pela remoção de H₂O(g).

Efeito da pressão

A primeira etapa do processo de obtenção de ureia corresponde à formação de carbonato de amônio sólido, a partir de CO₂(g) e NH₃(g).

CO₂(g) + 2 NH₃(g) ⇄ NH₄(NH₂CO₂)(s)

O aumento de pressão favorece o lado que ocupa menor volume.

Efeito da temperatura

A segunda etapa do processo de obtenção da ureia corresponde à decomposição do carbonato de amônio em ureia e água por meio de um processo endotérmico:

NH₄(NH₂CO₂)(s) ⇄ CO(NH₂)₂(s) + H₂O(g); ΔH > 0

O aumento de temperatura favorece o processo endotérmico.

Solubilidade de gases em líquidos

Equilíbrios que envolvem gases sofrem grande influência da temperatura e da pressão a que estão submetidos:

Temperatura: A solubilidade da grande maioria dos gases diminui com o aumento da temperatura, pois geralmente a dissolução de gases é exotérmica devido à formação de ligações intermoleculares entre gás e líquido.

Pressão: Assim como em qualquer equilíbrio químico que envolve espécies gasosas, o equilíbrio de solubilidade é favorecido no sentido em que há diminuição de volume, no sentido da dissolução do gás no líquido.

Produto de solubilidade

Entre um sólido e seus íons dissolvidos em solução saturada ocorre um equilíbrio dinâmico ao qual se associa uma constante de equilíbrio. Essa constante pode servir de parâmetro para comparar as solubilidades de sólidos, controlar a formação de precipitados, analisar e separar misturas de sólidos.

A constante do equilíbrio entre um sólido e seus íons dissolvidos é chamada de constante do produto de solubilidade, sendo representada por K_ps ou K_s. Trata-se de um sólido não dissolvidos e seus íons em solução saturada.

Relação entre solubilidade e Kps

A solubilidade indica a quantidade dissolvida de sólido em certo volume de solução. O produto de solubilidade é a constante de equilíbrio que, em teoria, está diretamente relacionada à solubilidade do composto.

Expressão geral do produto de solubilidade

Produto de solubilidade (K_ps) é o produto das concentrações, em mol ^. L^-1, dos íons na solução saturada, estando cada uma delas elevada a uma potência igual ao seu coeficiente na equação de dissociação iônica do composto. Depende da temperatura como qualquer outra constante de equilíbrio. Para a reação genérica 

Temos:

O valor de [A^m+]ⁿ . [B^n-]^m , chamado de produto iônico, pode ser usado como artifício matemático para prever se uma solução aquosa ou mistura de soluções aquosas terá ou não sólido sem se dissolver. Assim temos:

·        Se o resultado do produto iônico for menor do que o K_ps, a solução estará insaturada.

·        Se o resultado do produto iônico for exatamente igual ao valor do K_ps, a solução estará saturada.

·        Se o resultado do produto iônico for maior do que o Kps, indicará uma solução saturada.

Efeito do íon comum na solubilidade

A solubilidade das substâncias pouco solúveis torna-se menor com a adição de um íon comum ao equilíbrio. O princípio de Le Châtelier pode ser usado para explicar como o aumento da concentração de um dos íons afeta a solubilidade do composto.