O equilíbrio dinâmico é um conceito importante em química. Mas o que é exatamente equilíbrio dinâmico? Como pode algo ser dinâmico, mas também em equilíbrio? Continue lendo para aprender a melhor definição de equilíbrio dinâmico, exemplos comuns de equilíbrio dinâmico e como o equilíbrio dinâmico e estático podem parecer iguais, mas na verdade são muito diferentes.

O que é equilíbrio dinâmico?

As reações químicas podem ocorrer em ambas as direções (para frente e para trás) ou apenas em uma direção. Aquelas que ocorrem em duas direções são conhecidas como reações reversíveis, e você pode identificá-los pelas setas indo em duas direções, como no exemplo abaixo.

H2O(l) ⇌ H⁺(aq) +OH^-(aq)

O equilíbrio dinâmico só ocorre em reações reversíveis, e é quando a taxa da reação direta é igual à taxa da reação inversa. Estas equações são dinâmicas porque as reações direta e inversa ainda ocorrem, mas as duas taxas são iguais e imutáveis, portanto também estão em equilíbrio.

O equilíbrio dinâmico é um exemplo de sistema em estado estacionário. Isso significa que as variáveis ​​na equação permanecem inalteradas ao longo do tempo (uma vez que as taxas de reação são iguais). Se observarmos uma reação em equilíbrio dinâmico, parecerá que nada está acontecendo, pois as concentrações de cada substância permanecem constantes. No entanto, as reações ocorrem continuamente.

Porém, o equilíbrio dinâmico não ocorre apenas em laboratórios de química; você testemunhou um exemplo de equilíbrio dinâmico toda vez que tomou um refrigerante. Em uma garrafa selada de refrigerante, o dióxido de carbono está presente tanto na fase líquida/aquosa quanto na fase gasosa (bolhas). As duas fases do dióxido de carbono estão em equilíbrio dinâmico dentro da garrafa de refrigerante selada, uma vez que o dióxido de carbono gasoso se dissolve na forma líquida na mesma proporção que a forma líquida do dióxido de carbono é convertida de volta à sua forma gasosa.

A equação fica assim: CO₂(g) ⇌CO₂(aq).

Alterar a temperatura, pressão ou concentração de uma reação pode alterar o equilíbrio de uma equação e tirá-la do equilíbrio dinâmico. É por isso que, se você abrir uma lata de refrigerante e deixá-la fora por muito tempo, eventualmente ela ficará “plana” e não haverá mais bolhas. Isso ocorre porque a lata de refrigerante não é mais um sistema fechado e o dióxido de carbono pode interagir com a atmosfera. Isso o tira do equilíbrio dinâmico e libera a forma gasosa de dióxido de carbono até que não haja mais bolhas.

Exemplos de equilíbrio dinâmico

Qualquer reação estará em equilíbrio dinâmico se for reversível e as taxas das reações direta e inversa forem iguais. Por exemplo, digamos que você prepare uma solução saturada com uma solução aquosa de NaCl. Se você adicionar cristais sólidos de NaCl, o NaCl estará simultaneamente se dissolvendo e recristalizando na solução. A reação, NaCl(s) ⇌ Na⁺(aq) + Cl^-(aq), estará em equilíbrio dinâmico quando a taxa de dissolução do NaCl for igual à taxa de recristalização.

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Outro exemplo de equilíbrio dinâmico éNÃO₂(g) + CO(g) ⇌ NÃO(g) + CO₂(g) (novamente, desde que as duas taxas sejam iguais). Dióxido de nitrogênio (NÃO₂) reage com monóxido de carbono (CO) para formar óxido de nitrogênio (NO) e dióxido de carbono (CO₂) e, na reação inversa, o óxido de nitrogênio e o dióxido de carbono reagem para formar dióxido de nitrogênio e monóxido de carbono.

Se você estiver observando uma reação, poderá dizer que ela não está em equilíbrio dinâmico se observar mudanças ocorrendo nas quantidades de reagentes ou produtos. (Se você não consegue ver nenhuma mudança, isso não garante que esteja em equilíbrio dinâmico, pois pode estar em equilíbrio estático ou as mudanças podem ser pequenas demais para serem vistas a olho nu.)

Um exemplo de equação que nunca poderia estar em equilíbrio dinâmico é: 4 Fe(s) + 6 H₂O(eu) +3O₂ (g) → 4Fe(OH)³(s). Esta é uma equação para a formação de ferrugem. Podemos ver que nunca estará em equilíbrio dinâmico porque a seta da reação só vai em uma direção (é por isso que um carro enferrujado não voltará a brilhar sozinho).

Não há equilíbrio dinâmico para este carro!

Equilíbrio Dinâmico vs Equilíbrio Estático

Se você observar reações em equilíbrio dinâmico e reações em equilíbrio estático, nenhuma delas ocorrerá mudanças visíveis e parecerá que nada está acontecendo. No entanto, as reações em equilíbrio estático são, na verdade, muito diferentes daquelas em equilíbrio dinâmico.

O equilíbrio estático (também conhecido como equilíbrio mecânico) ocorre quando a reação é interrompida e não há nenhum movimento entre os reagentes e os produtos. A reação está completa e as taxas de reação direta e reversa são ambas 0.

Enquanto as reações em equilíbrio dinâmico são reversíveis (podem ocorrer em qualquer direção), aquelas em equilíbrio estático são irreversíveis e só podem prosseguir em uma direção. No entanto, tanto o equilíbrio dinâmico quanto o equilíbrio estático são exemplos de sistemas em estado estacionário, em que a ação da força resultante sobre os sistemas é zero.

Abaixo está um gráfico que mostra as principais diferenças entre o equilíbrio dinâmico e estático.

Como o equilíbrio dinâmico se relaciona com as constantes de taxa?

Quando uma reação está em equilíbrio dinâmico, a reação terá uma constante de velocidade específica, conhecida como constante de equilíbrio, ouK_equação.

A constante de equilíbrio, ou constante de taxa, é um coeficiente que mostra o quociente da reação (ou as quantidades relativas de produtos e reagentes na reação em um determinado momento) quando a reação está em equilíbrio. O valor da constante de equilíbrio lhe dirá as quantidades relativas de produto e reagente em equilíbrio.

Se K_equaçãofor> 1000, no equilíbrio haverá principalmente produto.

Se K_equaçãoestiver entre 0,001 e 1000, no equilíbrio haverá uma quantidade significativa de produto e reagente.

Se K_equaçãoé<.001, at equilibrium there will be mostly reactant.

Para a reação a Um + b B⇌ c C+ d D, A e B representam os reagentes e C e D representam os produtos.

A equação para a constante de equilíbrio é K_equação=[C]^c[D]^d/[A]^a[B]^b.

Exemplo

Tome a reação N₂(g)+O₂(g)⇋2NO(g).

fórmula de pedreiro

Usando a equação para a constante de equilíbrio, K_equaçãoé igual a [NÃO]²/[N₂][O₂]. Você deixaria a equação assim ou, se receber as concentrações de equilíbrio/constante de equilíbrio, poderá substituí-las para encontrar quaisquer valores ausentes.

Digamos que conhecemos as concentrações de ambos[N₂] e [O₂] = 0,15 M e a concentração de [NO] é 1,1 M.

Conectar esses valores lhe daria:K_equação= (1.1)²/(0,15)(0,15) ou 1,21/0,0225.

Você pode resolver e descobrir que K_equação=53,8.

DesdeK_equaçãoestiver entre 0,001 e 1000, haverá uma quantidade significativa de NO, O₂, e n₂em equilíbrio.

Resumo: O que é equilíbrio dinâmico?

Qual é a melhor definição de equilíbrio dinâmico? O equilíbrio dinâmico ocorre quando, para uma reação reversível, a taxa da reação direta é igual à taxa da reação inversa. Como as duas taxas são iguais, parece que nada está acontecendo, mas na realidade a reação ocorre continuamente à sua taxa estável.

Em contraste, as reações em equilíbrio estável estão completas e nenhuma reação adicional ocorre.

A equação para a constante de equilíbrio éK_equação=[C]^c[D]^d/[A]^a[B]^b.

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