Calculadora de Constante de Equilíbrio (K) - Calcule Kc para Reações Químicas

O que é uma constante de equilíbrio?

Uma reação que pode ocorrer para a frente e para trás é uma reação reversível. Ela atinge o equilíbrio quando as reações direta e inversa ocorrem à mesma velocidade, de modo que as quantidades de cada substância deixam de mudar. A constante de equilíbrio (K) é um número que compara a quantidade de produto com a quantidade de reagente nesse ponto. Esta calculadora determina K a partir das concentrações e dos coeficientes informados.

Fórmula da constante de equilíbrio

Para uma reação balanceada:

$aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$

a expressão da constante de equilíbrio é:

$K = \frac{[C]^c [D]^d}{[A]^a [B]^b}$

Os produtos ficam no numerador, e os reagentes, no denominador. Os colchetes significam “concentração em mols por litro (mol/L)”. Cada concentração é elevada à potência correspondente ao seu coeficiente na equação balanceada.

Como calcular a constante de equilíbrio

1. Escreva a equação balanceada e anote cada coeficiente.
2. Determine cada concentração no equilíbrio, não no início da reação.
3. Eleve cada concentração à potência correspondente ao seu coeficiente.
4. Multiplique os termos dos produtos entre si, multiplique os termos dos reagentes entre si e, em seguida, divida o primeiro resultado pelo segundo.

Exemplo: formação de iodeto de hidrogênio

A reação H₂ + I₂ ⇌ 2HI atinge o equilíbrio em um recipiente fechado. Suponha que as concentrações no equilíbrio sejam:

• [H₂] = 0,2 mol/L
• [I₂] = 0,1 mol/L
• [HI] = 0,4 mol/L

$K = \frac{[HI]^2}{[H_2][I_2]} = \frac{(0.4)^2}{0.2 \times 0.1} = \frac{0.16}{0.02} = 8.0$

Neste caso, K é um número moderado, portanto quantidades mensuráveis de ambos os reagentes e produtos permanecem no equilíbrio.

Exemplo: síntese de amônia (processo de Haber)

A reação N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ produz amônia para fertilizantes. Suponha que estas concentrações no equilíbrio tenham sido medidas:

• [N₂] = 0,10 mol/L
• [H₂] = 0,20 mol/L
• [NH₃] = 0,30 mol/L

$K = \frac{[NH_3]^2}{[N_2][H_2]^3} = \frac{(0.30)^2}{0.10 \times (0.20)^3} = \frac{0.09}{0.0008} = 112.5$

O coeficiente 3 de H₂ se torna o expoente 3 na fórmula. Um valor de K acima de 100 significa que, nessas condições, a reação favorece os produtos.

O que entra na expressão do equilíbrio

Apenas gases e substâncias dissolvidas aparecem em K. Sólidos puros e líquidos puros são omitidos, porque sua concentração permanece a mesma, independentemente da quantidade presente. Para a reação CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g), a expressão é simplesmente K = [CO₂]. Os dois sólidos são omitidos.

Um valor de K só se aplica à temperatura na qual foi medido. Alterar a temperatura altera o próprio K. A pressão e os catalisadores mudam a velocidade com que uma reação atinge o equilíbrio, mas nenhum dos dois altera o valor de K.

Tipos de constantes de equilíbrio

Os químicos usam diferentes denominações, dependendo do que é medido.

• Kc: baseado nas concentrações em mol/L. É isso que a calculadora acima calcula.
• Kp: baseado nas pressões parciais dos gases, relacionado a Kc por Kp = Kc(RT)^Δn.
• Ka e Kb: descrevem até que ponto um ácido fraco ou uma base fraca se dissocia na água.
• Ksp: descreve quanto de um sólido se dissolve na água; é chamado de produto de solubilidade.

Todos seguem a mesma regra: produtos sobre reagentes, cada um elevado ao seu coeficiente.

Como usar a calculadora

Escolha quantos reagentes e produtos a reação tem, até cinco de cada. Para cada substância, informe sua concentração em mol/L e seu coeficiente na equação balanceada. A calculadora multiplica os dois lados e faz a divisão automaticamente.

Cada concentração deve ser maior que zero, e cada coeficiente deve ser um número inteiro igual ou maior que 1. Inserir qualquer outro valor marca o campo com um erro e nenhum resultado é exibido. Resultados entre 0,001 e 1000 aparecem com quatro casas decimais, como 8,0000. Qualquer valor acima de 1000 ou abaixo de 0,001 passa para a notação científica; assim, 12.340 é exibido como 1.2340e+4.

K é apresentado como um número simples, sem unidade. Normalmente, os químicos comparam cada concentração com um padrão de 1 mol/L antes dos cálculos, o que elimina as unidades.

Um erro comum é inserir as concentrações iniciais em vez das concentrações no equilíbrio. Isso fornece o quociente da reação, Q, em vez de K. Q usa a mesma fórmula que K, mas pode ser calculado em qualquer ponto da reação, não apenas no equilíbrio. Comparar Q com K mostra em que direção a reação ainda precisa se deslocar: se Q for menor que K, a reação se desloca em direção aos produtos; se Q for maior que K, desloca-se em direção aos reagentes.

Perguntas frequentes

O que significa um valor de K grande ou pequeno?

Um K muito maior que 1 significa que a reação favorece os produtos no equilíbrio. Um K muito menor que 1 significa que ela favorece os reagentes. Um K próximo de 1 significa que os dois lados estão presentes em quantidades semelhantes.

Por que sólidos e líquidos são omitidos da expressão de K?

Porque sua concentração não muda. Um bloco de sólido tem a mesma densidade, seja grande ou pequeno; portanto, incluí-lo apenas multiplicaria K por uma constante, o que nunca muda.

A temperatura altera K?

Sim. Aumentar a temperatura eleva K para reações que absorvem calor e reduz K para reações que liberam calor. Um valor de K só é válido na temperatura em que foi determinado.

A pressão ou um catalisador altera K?

Não. Um catalisador aumenta a velocidade com que uma reação atinge o equilíbrio, mas não desloca o próprio equilíbrio. A pressão pode alterar as concentrações dos gases no equilíbrio, mas o K calculado a partir dessas novas concentrações permanece o mesmo.

K pode ser negativo?

Não. K é obtido a partir de concentrações, que são sempre positivas, elevadas a potências inteiras positivas; portanto, K é sempre positivo. A calculadora rejeita uma concentração igual ou menor que zero e exibe um erro em vez de um número.

Qual é a diferença entre K e Q?

K descreve uma reação depois que ela atinge o equilíbrio. Q usa a mesma fórmula, mas funciona com concentrações em qualquer outro momento. Comparar Q com K prevê em que direção a reação se deslocará em seguida.

História

Os químicos noruegueses Cato Guldberg e Peter Waage propuseram a lei da ação das massas em 1864. Ela levou à expressão da constante de equilíbrio usada atualmente. O químico holandês Jacobus van 't Hoff posteriormente determinou como K depende da temperatura, como parte da pesquisa que lhe rendeu o primeiro Prêmio Nobel de Química em 1901.