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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA.
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E
TECNOLOGIA GOIANO CAMPUS IPORÁ – GOIÁS
CONDIÇÕES DO EQUILÍBRIO E ESPONTANEIDADE DAS REAÇÕES QUÍMICAS
Trabalho apresentado como requisito parcial para obtenção de aprovação na disciplina Físico Química II, no Curso de Licenciatura em Química, no Instituto Federal Goiano – Campus Iporá.Trabalho apresentado como requisito parcial para obtenção de aprovação na disciplina Físico Química II, no Curso de Licenciatura em Química, no Instituto Federal Goiano – Campus Iporá.
Trabalho apresentado como requisito parcial para obtenção de aprovação na disciplina Físico Química II, no Curso de Licenciatura em Química, no Instituto Federal Goiano – Campus Iporá.
Trabalho apresentado como requisito parcial para obtenção de aprovação na disciplina Físico Química II, no Curso de Licenciatura em Química, no Instituto Federal Goiano – Campus Iporá.
Professor: Dr. Juliano da Silva Martins de Almeida
Alunas: Aline Francisca de Souza e Daniely Santos Barros
Iporá – GO
Setembro/2017
As Reações de Equilíbrio na Agricultura
Em nosso cotidiano e em várias aulas práticas observamos várias reações químicas e muitas dessas reações não se completam, em vez disso, aproximam-se de um estado de equilíbrio tendo a impressão de parar a reação. A condição na qual as concentrações de todos os reagentes e produtos em um sistema fechado param de variar com o tempo é chamada equilíbrio químico. O equilíbrio químico ocorre quando as reações opostas acontecem a velocidades iguais: a velocidade na qual os produtos são formados a partir dos reagentes é igual à velocidade na qual os reagentes são formados a partir dos produtos (BROWN et. al., 2005).
As propriedades macroscópicas como a cor, estado físico, volume, densidade); permanecem constantes, externamente não se percebe nenhuma alteração no sistema, apesar de seu caráter dinâmico. Características do equilíbrio químico permanecem constantes ao longo do tempo. Isto permite caracterizar o equilíbrio por meio de um número, a constante de equilíbrio, que indica a relação das concentrações entre reagentes e produtos.
Uma reação química, pode ocorrer de forma natural e com alguma influência externa, quando trata de um processo espontâneo, a reação ocorre sem a necessidade de ser provocada por uma influência externa. Quando necessita de ser induzida, precisando possuir uma influência externa o processo torna-se não espontâneos (CARDOSO, S. D.). Um sistema no equilíbrio é sujeito a uma perturbação, o sistema de ajusta de modo a minimizar o efeito da perturbação e algumas vezes é necessário utilizar algumas condições de equilíbrio como: catalisador, temperatura, concentração e pressão (ATKINS & DE PAULA, 2011).
Algumas reações químicas espontâneas ocorrem com liberação de energia, este fato fez com que, inicialmente pensava-se que somente os processos exotérmicos eram espontâneos, porém a maioria das transformações espontâneas são exotérmicas. No entanto, existem outras reações que absorvem calor, por exemplo a fusão do gelo em temperatura ambiente. Perceberam então que a espontaneidade das reações está relacionada a mais um fator, que são: a entropia (S), ou seja, o grau de desordem do sistema. A matéria e a energia, naturalmente se torna desordenadas (CARDOSO, S. D.).
Por exemplo quando à resfriamento de um pedaço de metal, a energia contida nos átomos presentes vibra de maneira intensa e se propaga pelo ambiente, porém o inverso dessa transformação é quase impossível de acontecer. Pois é pouco provável que a energia liberada se recolha o ambiente e concentre no pedaço de metal novamente. Assim, quando o bloco é resfriado, a entropia do sistema aumenta. A entropia de um sistema isolado aumenta no decorrer de um processo espontâneo. Processos em que há aumento de entropia, são espontâneos: a corrosão de objetos de ferro; processos de fusão, vaporização e sublimação de substâncias; reações de combustão; expansão de gás; dissolução do sal de cozinha em água. Processos em que há diminuição de entropia, processos não espontâneos: liquefação do oxigênio do ar; processos de eletrólise; cozimento dos alimentos; obtenção de metais (CARDOSO, S. D.). Algumas reações espontâneas podem demorar para ocorrer e sem a energia necessária para ativar a energia de ativação, a reação não ocorrerá. Apesar de um processo espontâneo tem a tendência natural de acontecer, porém não quer dizer que ocorra numa velocidade significativa.
Se em um sistema em equilíbrio se modifica a concentração de uma das substâncias envolvidas, como a velocidade da reação é diretamente proporcional à concentração desta substância, a velocidade num dos sentidos da reação será maior, consequentemente, o equilíbrio se desloca para o lado que permitirá que novamente estas velocidades se igualem. Alterando as concentrações das substâncias e mantendo o equilíbrio.
Quando um sistema no equilíbrio está sujeito a uma perturbação, a composição do sistema se ajusta para minimizar o efeito da perturbação. A condição de equilíbrio pode ser atingida de qualquer sentido. Fazendo com que a condição na qual as concentrações de todos os reagentes e produtos em um sistema fechado param de variar com o tempo, atingindo o equilíbrio químico da reação. O equilíbrio químico ocorre quando as reações opostas acontecem a velocidades iguais, e nem os reagentes e nem os produtos podem escapar do sistema (BROWN et. al., 2005; ATKINS & DE PAULA, 2011). As condições que ajudam no equilíbrio químico da reação são: catalisadores, concentração, pressão e temperatura.
O catalisador é uma substância que acelera a reação sem que ele apareça na equação química global. Os catalisadores atuam sobre os reagentes fazendo com que se transformem mais rapidamente em produtos. A energia de ativação da reação quando adiciona um catalisador é diminuída na mesma proporção que a energia da reação inversa. Assim o catalisador aumenta a velocidade tanto da reação direta quanto da inversa. Um catalisador aumenta a velocidade na qual o equilíbrio é atingido, mas não muda a constante de equilíbrio e nem sua composição. Um exemplo de catalisador são as enzimas que são versões biológicas dos catalisadores (BROWN et. al., 2005; ATKINS & DE PAULA, 2011)
A temperatura influência em uma reação, e em seu equilíbrio químico. O princípio de Le Chatelier, diz que uma reação pode responder a um abaixamento de temperatura liberando calor e também de um aumento de temperatura absorvendo calor, ou seja, quando uma temperatura aumenta, sua composição no equilíbrio de uma reação exotérmica se deslocará no sentido dos reagentes; a composição no equilíbrio de uma reação endotérmica se deslocará no sentido dos produtos. Então a constante de equilíbrio de uma reação endotérmica aumenta com a temperatura e a constante de equilíbrio de uma reação exotérmica diminui com o aumento da temperatura (ATKINS & DE PAULA, 2011).
Quando aumentamos a temperatura do sistema em equilíbrio, fornecemos calor ao sistema. Um resfriamento no sistema diminuindo a temperatura favorecendo a reação no sistema que libera calor. Um aumento de temperatura sobre um sistema desloca o equilíbrio endotérmico. Uma diminuição da temperatura desloca o equilíbrio no sentido exotérmico. O calor pode ser considerado um reagente em reações endotérmicas ou um produto em reações exotérmicas; contudo a temperatura análoga à concentração ao se aplicar o Princípio de Le Chatelier aos efeitos do calor em uma reação química.
A pressão influência em uma reação, e em seu equilíbrio químico. De acordo com Le Chatelier sugere que o efeito da compressão em uma reação em fase gasosa no equilíbrio se dá do seguinte modo: Quando um sistema no equilíbrio estiver comprimido, a composição do equilíbrio da fase gasosa se ajusta para reduzir o número de moléculas na fase gasosa. Na síntese da amônia, quatro moléculas de reagente dão duas moléculas de produto, de modo que a compressão favorece a formação da amônia. Realmente esta é a chave para solucionar o dilema de Haber, pois trabalhando com gases altamente comprimidos ele pode aumentar o rendimento da formação da amônia. A pressão exerce um papel importante na captação e liberação do oxigênio a partir do transporte de oxigênio e armazenamento de proteínas (ATKINS & DE PAULA, 2011).
Se perturbarmos um meio que está em equilíbrio, ele tende a se reajustar no sentido de diminuir os efeitos dessa força. Se alterarmos algo na reação ocorrerá um deslocamento do equilíbrio, sendo influenciado pela concentração dos reagentes. Com o tempo todas as concentrações se tornam constantes, pelo processo de equilíbrio naturalmente.
Como sabemos em todo momento ocorre reações químicas, não sendo excluído reações no solo. Umas das principais reações que ocorre para ter um solo adequado para o plantio é a de neutralização do solo. O solo tem características que as vezes não beneficia a produção de determinada culturas, através de analises e pesquisas descobrisse a melhor opção para o plantio, um deles é a neutralização do solo por causa da acidez que impede da determinada cultura de absorver nutrientes essenciais para seu desenvolvimento. Na neutralização utiliza-se o cálcio, a utilização do carbonato de cálcio é devido sua maior solubilidade do que outros componentes.
Muito antes da Revolução Industrial, os agricultores já compreendiam as vantagens existentes em adubar os terrenos de cultivo. Na década de 1840 o químico alemão Justus von Liebig (1803 – 1873) apercebeu-se da importância do azoto na fertilização de terrenos agrícolas. A partir dessa época começaram-se os estudos e desenvolveram o processo de Haber-Bosch (por vezes designado simplesmente como processo de Haber) é um procedimento industrial de obtenção de amoníaco a partir de diazoto e di-hidrogénio no estado gasoso. O processo de obtenção por este método permitiu sintetizar quase a totalidade de amoníaco necessário para a produção de fertilizantes. O fato de o amoníaco poder ser convertido em compostos úteis na síntese de explosivos (TNT e nitroglicerina) fez com que a sua exploração tivesse ainda mais sucesso ao longo da Primeira Guerra Mundial (Ribeiro, 2013).
Ao sintetizar a amônia é o processo industrial muito importante para o isolamento do nitrogênio, assim como para produção adicional de compostos nitrogenados de importância vital para ureia, ácido nítrico e fertilizantes. Este processo é quase centenário, tendo sido descoberto no início do século 20 por Fritz Haber e desenvolvido para a produção industrial por Carl Bosch. O processo Fischer-Tropsch (FT) há a aproximadamente 70 anos. Esse processo desperta um interesse em relação ao transporte limpo de combustíveis e produção de produtos químicos. Nesse processo, o gás de síntese, uma mistura de CO e H2, obtida a partir de carvão, turfa, biomassa ou gás natural é convertido em uma mistura de hidrocarbonetos. Combustíveis produzidos com o processo de FT são de alta qualidade, devido a uma baixa aromaticidade e à ausência de enxofre (OLIVEIRA, 2013).
Referências Bibliográficas
ATKINS, P. W.; DE PAULA, J. Físico Química: fundamentos. 5° edição. Rio de Janeiro: LTC, 2011, 493p.
CARDOSO, M. L. Reações Espontâneas e Não Espontâneas. Disponível em:< http://www.coladaweb.com/quimica/fisico-quimica/reacoes-espontaneas-e-nao-espontaneas>. Acesso em: 05 de setembro de 2017.
BROWN, T. L.; LEMAY, Jr.; BURSTEN, B. E. Química: a ciência central. 9° edição. São Paulo: Pearson, 2005, 972 p.
RIBEIRO, D. Processo de Haber-Bosch. Revista de Ciência Elementar. V. 1, 2013 p.1
OLIVEIRA L. C. A.; FABRIS J. D.; PEREIRA M. C. ÓXIDOS DE FERRO E SUAS APLICAÇÕES EM PROCESSOS CATALÍTICOS: UMA REVISÃO. Quim. Nova, Vol. 36, No. 1, 123-130, 2013
