Aqui Tem Química

Química · 2ª série do Ensino Médio

Equilíbrio Químico

A reação não parou: ela anda nos dois sentidos, na mesma velocidade.

Num refrigerante fechado, numa caverna de calcário, no seu sangue e numa fábrica de fertilizantes, reações acontecem para a frente e para trás ao mesmo tempo. Quando as duas velocidades se igualam, nada parece mudar — mas as moléculas continuam reagindo. Esta página mostra como medir esse equilíbrio, prever para onde ele vai e usá-lo a nosso favor.

No frasco ao fundo · N₂O₄ ⇌ 2 NO₂ · desde que a página abriu

N₂O₄ → 2 NO₂

0

2 NO₂ → N₂O₄

0

As duas contagens crescem juntas e quase empatadas: a cada molécula que se parte, outra se forma. A cor do frasco não muda, mas nada está parado. Isso é o equilíbrio dinâmico.

↓ role para ver o equilíbrio se formar

Como usar esta página

Três partes, um mesmo princípio

A primeira parte trata dos equilíbrios entre moléculas; a segunda, dos equilíbrios com íons em água; a terceira é para treinar. Os laboratórios são interativos — mexa em tudo. Os exemplos resolvidos abrem um passo de cada vez: tente o próximo passo antes de clicar.

Parte 1 · Equilíbrio dinâmico Molecular

A reação que vai e volta

Muitas reações são reversíveis: os produtos também reagem entre si e refazem os reagentes. Num sistema fechado, a reação direta começa rápida e vai perdendo velocidade, porque os reagentes acabam; a inversa começa parada e vai acelerando, porque os produtos se acumulam. Quando as duas velocidades se igualam, o sistema chega ao equilíbrio químico.

vdireta = vinversa ≠ 0

No equilíbrio, as concentrações ficam constantes — não iguais. E nada para: as duas reações continuam, na mesma velocidade. Para chegar lá, o sistema precisa estar fechado e a temperatura, constante.

O exemplo clássico é o par N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g). O N₂O₄ é incolor; o NO₂, castanho. Num frasco fechado com N₂O₄ puro, a cor castanha aparece, fica mais forte e, de repente, para de mudar. A seta dupla ⇌ avisa que a reação acontece nos dois sentidos.

Laboratório 1 · o frasco fechado

Veja o equilíbrio se formar — e continuar se mexendo

Cada par de bolinhas claras é uma molécula de N₂O₄; cada bolinha castanha, um NO₂. Um N₂O₄ pode se partir em dois NO₂; dois NO₂ que colidem podem se unir. Comece só com N₂O₄ ou só com NO₂ e compare: o frasco chega à mesma mistura. Depois aqueça e resfrie.

N₂O₄
—
NO₂
—
v direta (/s)
—
v inversa (/s)
—
Q = [NO₂]²/[N₂O₄]
—

Contagens em moléculas do modelo; velocidades em reações por segundo, com média móvel. Q usa o número de moléculas por volume do frasco: ele oscila em torno de um valor fixo, que é o K desta temperatura.

Como ler os gráficos do equilíbrio

Vestibulares adoram gráficos de concentração × tempo. Três regras resolvem quase todos: (1) o equilíbrio começa onde as curvas ficam horizontais; (2) reagentes descem e produtos sobem, na proporção dos coeficientes; (3) as concentrações finais quase nunca são iguais.

Como sabemos que o equilíbrio é dinâmico? Um experimento clássico: adiciona-se um pouco de iodo radioativo a uma mistura de H₂, I₂ e HI já em equilíbrio. As concentrações não mudam, mas logo aparece radioatividade nas moléculas de HI. Os átomos de iodo continuam trocando de molécula: a reação não parou.

Também há equilíbrios físicos: num frasco fechado com água, a evaporação e a condensação acabam ocorrendo na mesma velocidade (é a pressão de vapor); numa solução saturada com açúcar no fundo, cristais se dissolvem enquanto outros se formam.

Parte 2 · A constante de equilíbrio Molecular

Um número que resume o equilíbrio

Em 1864, os noruegueses Cato Guldberg e Peter Waage perceberam que, no equilíbrio, uma certa razão entre as concentrações dá sempre o mesmo valor, qualquer que seja o ponto de partida — desde que a temperatura não mude. É a lei da ação das massas.

a A + b B ⇌ c C + d D
Kc = [C]c · [D]d[A]a · [B]b

Produtos no numerador, reagentes no denominador, cada concentração em mol/L elevada ao seu coeficiente. Sólidos e líquidos puros (como a água solvente) ficam de fora: a “concentração” deles não muda.

Monte a expressão

Escolha um equilíbrio e confira a expressão de Kc, a de Kp e o Δn dos gases.

O que o valor de K diz

K compara produtos com reagentes no equilíbrio. Se K ≫ 1, predominam os produtos: a reação é praticamente completa. Se K ≪ 1, predominam os reagentes: quase nada reage. Perto de 1, há quantidades comparáveis dos dois lados. K diz até onde a reação vai — não com que rapidez.

Escala logarítmica comprimida nas pontas: de 10⁻³¹ a 10⁸⁰. Toque nos pontos.

K muda quando a equação muda

O valor de K vale para a equação escrita daquele jeito. Se a equação muda, K muda junto. Para N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃ com Kc = 0,060 a 500 °C:

O que se faz com a equaçãoRegraExemplo
InverterK' = 1 / K2 NH₃ ⇌ N₂ + 3 H₂ · K' = 1/0,060 ≈ 16,7
Multiplicar os coeficientes por nK' = Kⁿ½ N₂ + 3/2 H₂ ⇌ NH₃ · K' = 0,060^½ ≈ 0,24
Somar duas equaçõesK' = K₁ · K₂as etapas se multiplicam

K só muda com a temperatura. Adicionar reagente, comprimir o frasco ou usar catalisador muda as concentrações ou a rapidez, mas o sistema volta ao mesmo K. Por isso toda tabela de K informa a temperatura.

Parte 3 · Kp Molecular

Para gases, pressões parciais

Quando os participantes são gases, é comum medir pressões em vez de concentrações. A constante passa a se chamar Kp, e a expressão tem a mesma forma, com as pressões parciais no lugar das concentrações.

Kp = p(C)c · p(D)dp(A)a · p(B)b
Kp = Kc · (R·T)Δn

R = 0,082 atm·L·mol⁻¹·K⁻¹, T em kelvin e Δn = mols de gás dos produtos − mols de gás dos reagentes. Se Δn = 0, Kp = Kc. Pressão parcial de um gás: p = x · Ptotal, em que x é a sua fração em mols.

Calculadora · Kc ⇄ Kp

Converta e veja cada passo

Escolha a reação, digite Kc e ajuste a temperatura. A conta aparece no roteiro dados → fórmula → substituição → resultado.

Parte 4 · Quociente de reação Molecular

Q × K: para que lado a reação vai?

O quociente de reação Q tem a mesma expressão de K, mas usa as concentrações de qualquer momento, não só as do equilíbrio. Comparar Q com K diz se o sistema já está em equilíbrio e, se não estiver, para que lado vai reagir.

Q < K

Falta produto

A reação direta predomina (→) até Q subir e alcançar K.

Q = K

Equilíbrio

As duas velocidades são iguais. Nada muda nas concentrações.

Q > K

Sobra produto

A reação inversa predomina (←) até Q baixar a K.

Laboratório 2 · Q × K

Monte uma mistura e veja para onde ela vai

Reação H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2 HI(g) a 448 °C, com Kc = 50. Escolha as concentrações iniciais, compare Q com K e clique em “Deixar reagir”. O iodo é violeta: acompanhe a cor do frasco e o quadro de equilíbrio.

—

Parte 5 · Cálculos de equilíbrio Molecular

O quadro início – reage – equilíbrio

Quase todo problema de equilíbrio se resolve com o mesmo quadro de três linhas. Na linha do meio, as variações seguem a proporção dos coeficientes da equação.

  1. Escreva a equação balanceada e a expressão de K.
  2. Converta as quantidades para mol/L (n ÷ V).
  3. Monte o quadro: início, reage / forma (com x e os coeficientes) e equilíbrio.
  4. Substitua na expressão de K e resolva para x.
  5. Confira: nenhuma concentração pode dar negativa.

Os exemplos abrem um passo por vez. Tente fazer o passo seguinte no caderno antes de clicar.

Parte 6 · Princípio de Le Chatelier Molecular

Quando alguém mexe no equilíbrio

Em 1884, Henri Le Chatelier resumiu: quando uma perturbação atinge um sistema em equilíbrio, ele se desloca no sentido que a atenua, até chegar a um novo equilíbrio. Há quatro alavancas — e só uma delas muda o valor de K.

1 · Concentração

Adicionar um participante desloca o equilíbrio para o lado oposto, para consumi-lo; retirar desloca para o lado dele, para repô-lo.

  • + reagente ou − produto → direita
  • + produto ou − reagente → esquerda
  • K não muda

2 · Pressão

Só conta para gases. Comprimir (mais pressão) desloca para o lado com menos mols de gás; expandir, para o lado com mais.

  • Δn = 0 (ex.: H₂ + I₂ ⇌ 2 HI): não desloca
  • gás inerte a volume constante: não desloca
  • K não muda

3 · Temperatura

Aquecer favorece o sentido endotérmico; resfriar, o exotérmico. É o único fator que muda K.

  • exotérmica (ΔH < 0): K diminui ao aquecer
  • endotérmica (ΔH > 0): K aumenta ao aquecer

4 · Catalisador

Diminui a energia de ativação dos dois sentidos por igual. O equilíbrio chega mais depressa, na mesma posição.

  • não desloca
  • não muda K nem o rendimento

Laboratório 3 · perturbe o equilíbrio

Escolha uma reação e mexa nela

Cada botão aplica uma perturbação. O gráfico mostra as concentrações se reajustando e o painel compara Q com K a cada instante. Antes de clicar, tente prever: para que lado vai? K muda?

Q
—
K
—
T
—
Sentido
—

Escolha uma perturbação.

Resumo das perturbações

PerturbaçãoO equilíbrio se desloca paraK muda?
Adicionar reagenteos produtos (→)não
Retirar produtoos produtos (→)não
Adicionar produtoos reagentes (←)não
Comprimir (mais pressão)o lado com menos mols de gásnão
Expandir (menos pressão)o lado com mais mols de gásnão
Aquecero sentido endotérmicosim
Resfriaro sentido exotérmicosim
Catalisadornão desloca (só acelera)não
Gás inerte a volume constantenão deslocanão

Le Chatelier no dia a dia

Oito frases que parecem certas

Parte 7 · Equilíbrio na indústria Molecular

A química que alimenta o mundo

Em 1909, Fritz Haber conseguiu combinar o nitrogênio do ar com hidrogênio para produzir amônia; Carl Bosch levou o processo à escala industrial. Hoje, os fertilizantes feitos dessa amônia sustentam a comida de quase metade da humanidade. O problema era — e continua sendo — um equilíbrio teimoso.

N₂(g) + 3 H₂(g) ⇌ 2 NH₃(g) ΔH = −92 kJ

Exotérmica e com menos mols de gás nos produtos (4 → 2): Le Chatelier pede temperatura baixa e pressão alta. Mas, a frio, a reação é lentíssima — mesmo com K enorme a 25 °C.

Laboratório 4 · a fábrica de amônia

Encontre o meio-termo entre rendimento e velocidade

Mude a temperatura e a pressão do reator. A curva azul mostra quanto NH₃ haveria no equilíbrio; a rosa, quanto realmente sai do reator no tempo em que o gás passa pelo catalisador. Desligue o catalisador para ver o que acontece.

NH₃ no equilíbrio
—
NH₃ na saída
—
Velocidade relativa
—
Kp (atm⁻²)
—

Equilíbrio: modelo de gás ideal ajustado aos Kp tabelados (N₂ : H₂ = 1 : 3). Saída do reator: modelo didático com tempo de passagem fixo e velocidade dada pela equação de Arrhenius; reproduz o comportamento, não um projeto real.

% de NH₃ no equilíbrio (modelo de gás ideal)

A indústria opera a cerca de 400–500 °C e 150–300 atm, com catalisador de ferro. Cada passagem pelo reator converte só uma parte (algo entre 15% e 20%); a amônia é então liquefeita e retirada — o que também desloca o equilíbrio — e o N₂ e o H₂ que sobraram voltam ao reator. Em alta pressão, os valores medidos são um pouco maiores que os do modelo ideal.

Outros processos movidos a Le Chatelier

Parte II · Equilíbrio iônico

Quando os participantes são íons

Ácidos, bases e sais em água também formam equilíbrios. As constantes ganham nomes próprios — Ka, Kb, Kw, Kps — e o pH vira a régua mais usada da química, do laboratório ao hospital.

Parte 8 · Ka, Kb e pKa Iônico

A força de ácidos e bases

Um ácido forte, como o HCl, se ioniza praticamente por completo em água. Um ácido fraco, como o acético do vinagre, só em parte: a ionização é um equilíbrio, e sua constante se chama Ka, constante de acidez.

HA ⇌ H⁺ + A⁻    Ka = [H⁺] · [A⁻][HA]
pKa = −log Ka

Quanto maior o Ka (ou menor o pKa), mais forte o ácido. Para uma base fraca, B + H₂O ⇌ BH⁺ + OH⁻, a constante é Kb (a água, solvente, não entra). Num par conjugado, Ka · Kb = Kw = 1,0 × 10⁻¹⁴ a 25 °C.

Repare no par conjugado NH₄⁺/NH₃: Ka(NH₄⁺) × Kb(NH₃) = 5,6 × 10⁻¹⁰ × 1,8 × 10⁻⁵ = 1,0 × 10⁻¹⁴. Quanto mais fraco o ácido, mais forte sua base conjugada — é por isso que o íon acetato deixa a água básica (Parte 9).

Grau de ionização e a lei de Ostwald

O grau de ionização α é a fração das moléculas do ácido que se ionizaram. Para um ácido fraco de concentração M:

Ka = α² · M1 − α ≈ α² · M  ·  [H⁺] = α · M ≈ √(Ka · M)

A aproximação vale quando α é pequeno (menos de 5%). Como Ka é fixo, diluir o ácido (M menor) aumenta α: é a lei da diluição de Ostwald.

Laboratório 5 · ácido (ou base) na água

Quantas moléculas se ionizam?

Escolha a substância e a concentração. O quadro de 100 moléculas mostra quantas estão ionizadas; o gráfico mostra como o grau de ionização muda com a diluição. Compare um ácido forte com um fraco na mesma concentração.

α (ionizado)
—
[H⁺] (mol/L)
—
pH
—
pOH
—
pH pela fórmula √(K·M)
—

Parte 9 · pH e pOH Iônico

A escala que mede a acidez

Mesmo a água pura se ioniza um pouquinho: H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻. O produto [H⁺]·[OH⁻] é constante — o produto iônico da água, Kw. Como [H⁺] varia de cerca de 1 a 10⁻¹⁴ mol/L, usamos o logaritmo: o pH.

Kw = [H⁺] · [OH⁻] = 1,0 × 10⁻¹⁴ (25 °C)
pH = −log [H⁺]  ·  pOH = −log [OH⁻]  ·  pH + pOH = 14

Ácido: pH < 7 e [H⁺] > [OH⁻]. Neutro: pH = 7. Básico: pH > 7. Cada unidade de pH é um fator 10 em [H⁺]: o suco de limão (pH 2,2) tem cerca de 60 mil vezes mais H⁺ que a água pura.

pH 7 é neutro só a 25 °C

A autoionização da água é endotérmica: aquecendo, Kw aumenta (Le Chatelier de novo). A água pura continua neutra ([H⁺] = [OH⁻]), mas o pH dela muda.

Indicadores ácido-base

Indicadores são ácidos fracos cuja forma ácida (HIn) tem uma cor e a forma básica (In⁻), outra: HIn ⇌ H⁺ + In⁻. Em meio ácido o equilíbrio fica à esquerda; em meio básico, à direita. A cor muda numa faixa de cerca de duas unidades de pH em torno do pKa do indicador — a faixa de viragem.

Laboratório 6 · seis indicadores

Arraste o pH e veja as cores

Cores aproximadas. O extrato de repolho roxo tem várias formas coloridas e funciona como um indicador “universal” caseiro.

[H⁺] (mol/L)
—
[OH⁻] (mol/L)
—
pOH
—
Meio
—

Hidrólise salina: sais que mudam o pH

Íons que vêm de ácidos ou bases fracos reagem com a água. O ânion de um ácido fraco capta H⁺ da água e libera OH⁻; o cátion de uma base fraca libera H⁺. Íons de ácidos e bases fortes não reagem.

O sal vem deExemplosSoluçãoPor quê
ácido forte + base forteNaCl, KNO₃neutra (pH ≈ 7)nenhum íon reage com a água
ácido forte + base fracaNH₄Cl, NH₄NO₃ácidaNH₄⁺ ⇌ NH₃ + H⁺
ácido fraco + base forteCH₃COONa, NaHCO₃, Na₂CO₃básicaCH₃COO⁻ + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH⁻
ácido fraco + base fracaNH₄CN, NH₄CH₃COOdepende de Ka e Kbvence o íon mais forte

Parte 10 · Solução-tampão Iônico

O pH que resiste

Uma solução-tampão contém um ácido fraco e sua base conjugada (ou uma base fraca e seu ácido conjugado) em quantidades parecidas. O ácido que chega é consumido pela base; a base que chega é consumida pelo ácido. O pH quase não muda.

pH = pKa + log [A⁻][HA]

Equação de Henderson-Hasselbalch. Quando [A⁻] = [HA], pH = pKa. O tampão funciona bem até cerca de uma unidade de pH de cada lado do pKa.

Laboratório 7 · água × tampão

Pingue ácido e base nos dois béqueres

À esquerda, 1 L de água pura; à direita, 1 L de tampão (0,10 mol/L do ácido e 0,10 mol/L do sal). Cada clique adiciona HCl ou NaOH 1,0 mol/L. Compare como o pH de cada um responde.

pH da água
7,00
pH do tampão
—
[HA] no tampão
—
[A⁻] no tampão
—

Acidose e alcalose. O pH do sangue fica entre 7,35 e 7,45. Respirar pouco (pneumonia, overdose de sedativos) acumula CO₂ e baixa o pH: acidose respiratória. Respirar demais (crise de ansiedade, altitude) elimina CO₂ e sobe o pH: alcalose. Pulmões e rins são os “botões” que ajustam o tampão.

Parte 11 · Produto de solubilidade Iônico

O equilíbrio do que quase não dissolve

Até os sais “insolúveis” se dissolvem um pouco. Numa solução saturada, o sólido e seus íons estão em equilíbrio, e a constante se chama produto de solubilidade, Kps. O sólido, como sempre, fica fora da expressão.

AxBy(s) ⇌ x Ay+ + y Bx−
Kps = [Ay+]x · [Bx−]y

Para um sal 1 : 1, Kps = s²; para 1 : 2 ou 2 : 1, Kps = 4s³, em que s é a solubilidade em mol/L. Com o produto das concentrações (Q) acima do Kps, o sal precipita.

Laboratório 8 · vai precipitar?

Mude as concentrações dos íons e compare Q com Kps

O gráfico usa escala logarítmica nos dois eixos. A linha é a fronteira Q = Kps: acima dela, o sal precipita.

Q
—
Kps
—
Situação
—

Kps no dia a dia

Contraste de raio X

BaSO₄(s) ⇌ Ba²⁺ + SO₄²⁻

O Ba²⁺ é tóxico, mas o BaSO₄ é tão pouco solúvel (e não reage com o ácido do estômago) que atravessa o intestino sem envenenar. Em 2003, um contraste contaminado com BaCO₃, que se dissolve no ácido gástrico, causou mais de vinte mortes no Brasil.

Pedras nos rins

Ca²⁺ + C₂O₄²⁻ ⇌ CaC₂O₄(s)

Quando o produto das concentrações de cálcio e oxalato na urina passa do Kps, o oxalato de cálcio precipita. Beber água dilui a urina e mantém Q abaixo do Kps.

Cárie e flúor

Ca₅(PO₄)₃OH(s) ⇌ 5 Ca²⁺ + 3 PO₄³⁻ + OH⁻

Os ácidos da placa consomem OH⁻ e PO₄³⁻ e dissolvem o esmalte. O flúor troca o OH⁻ e forma fluorapatita, menos solúvel e menos afetada pelo ácido.

Água dura

Ca²⁺ + 2 HCO₃⁻ ⇌ CaCO₃(s) + CO₂ + H₂O

Ao ferver, o CO₂ escapa e o equilíbrio se desloca para o CaCO₃: é a crosta branca de chaleiras e chuveiros.

Leite de magnésia

Mg(OH)₂(s) ⇌ Mg²⁺ + 2 OH⁻

Pouco solúvel, deixa o líquido com pH ≈ 10,5. No estômago, o H⁺ consome o OH⁻, o equilíbrio se desloca e o sólido se dissolve, neutralizando o ácido aos poucos.

Tratamento de água

Al³⁺ + 3 OH⁻ ⇌ Al(OH)₃(s)

Nas estações, sulfato de alumínio e cal formam Al(OH)₃, um sólido gelatinoso que arrasta a sujeira para o fundo (floculação).

Parte 12 · No vestibular Treino

O que já caiu na FUVEST e na Unicamp

Os links abrem os cadernos oficiais (PDF) nos sites da FUVEST e da Comvest. Na FUVEST, a numeração da 1ª fase é a da prova V; na 2ª fase, Q01–Q06 são as questões de Química do 2º dia. Índice de acerto: fração dos candidatos que acertou, publicada pela FUVEST (2021–2022) e pela Comvest (2021–2023).

O que fazer com isso: treine Le Chatelier aplicado a sistemas reais (sangue, oceano, cavernas, indústria), saiba converter pH ⇄ [H⁺] sem calculadora e domine a relação entre Kps e solubilidade. Quase nunca se pede “calcule K” solto: o cálculo vem dentro de uma história.

Parte 13 · Teste você mesmo Treino

Teste rápido, simulado e discursivas

Sem nota, sem cadastro. O teste rápido revisa os conceitos; o simulado traz 12 questões inéditas no estilo do ENEM, da FUVEST e da Unicamp, com 5 alternativas e resolução comentada; as discursivas têm autocorreção por critérios.

Material de aula

Slides e lista de exercícios

Os slides acompanham esta página: equilíbrio dinâmico, Kc e Kp, Q × K, o quadro de equilíbrio, Le Chatelier, a indústria, Ka, Kb, pH, indicadores, hidrólise, tampão e Kps, com todos os cálculos no roteiro dados → fórmula → substituição → resultado, e as questões do simulado resolvidas. A lista tem 42 questões em sete partes, do conceito ao vestibular.