Equilíbrios químicos homogêneos e heterogêneos

Quando as reações reversíveis atingem um ponto em que a velocidade com que os produtos se formam (reação direta) e a velocidade com que os produtos são consumidos (reação inversa) tornam-se constantes e iguais, dizemos que foi atingido o Equilíbrio químico. Cada reação em equilíbrio possui uma constante de equilíbrio (Kc) característica, que se modifica apenas com a variação da temperatura. Se houver pelo menos um gás participando da reação, ela terá também uma constante em termos de pressão, simbolizada por Kp.

No texto Constante de equilíbrio Kc e Kp é mostrado que para escrever as expressões dessas constantes, temos que verificar os estados físicos delas. Assim, surgem dois tipos de equilíbrios químicos, que são:

1. Equilíbrio homogêneo: São aqueles em que todos os participantes da reação, quer sejam reagentes, quer sejam produtos, estão em um mesmo estado de agregação, e o resultado é um aspecto homogêneo em todo o sistema. Geralmente os equilíbrios homogêneos são formados apenas por gases. Veja alguns exemplos abaixo e observe que somente o último equilíbrio trata-se de um equilíbrio homogêneo líquido, pois todas as espécies químicas são soluções aquosas. Veja também que, nesses casos, todos as substâncias aparecerão nas expressões de Kc e Kp:

N_2(g) + 3 H_2(g) ↔ 2 NH_3(g) K_c = __[NH₃]²__ K_p = __(pNH₃)²__
                                                  [N₂] . [H₂]³         (pN₂). (pH₂)³

2 O_3(g) ↔ 3 O_2(g) K_c = [O₂]³ K_p = (pO₂)³
                                    [O₃]²         (pO₃)²

H_2(g) + I_2(g) ↔ 2 HI_(g) K_c = __[HI]²__ K_p = __(pHI)²__
                                          [H₂] . [I₂]         (pH₂) . (pI₂)

CO_(g) + NO_2(g) ↔ CO_2(g)+ NO_(g) K_c = [CO₂ ]. [NO] K_p = (pCO₂ ). (pNO)
                                                           [NO₂] . [CO]        (pNO₂) . (pCO)

2 SO_3(g) ↔ 2 SO_2(g) + O_2(g) K_c = [SO₂]². [O₂] K_p= (pSO₂)². (pO₂)
                                                          [SO₃]²                (pSO₃)²

Fe²⁺_(aq) + Cu²⁺_(aq) ↔ Fe³⁺_(aq) + Cu⁺_(aq) K_C = [ Fe³⁺]. [Cu⁺] K_p = não é definido.
                                                                      [Fe²⁺]. [Cu²⁺]

Visto que não possui nenhum gás, para esse último equilíbrio químico não existe a expressão de Kp.

Na figura no início do texto foi apresentada, do lado direito, uma garrafa contendo dois gases em equilíbrio, que são o dióxido de nitrogênio (NO₂) e o tetróxido de dinitrogênio (N₂O₄):

2 NO_2(g) ↔ N₂O_4(g) K_c = [ N₂O₄] K_p = (pN₂O₄)
                                         [NO₂]²            (pNO₂)²

O NO₂ é um gás de cor castanho-avermelhada, enquanto o N₂O₄ é incolor, sendo que, no equilíbrio, eles misturam-se, formando uma espécie de “nuvem gasosa” de cor castanho-clara em toda a sua extensão.

2. Equilíbrio heterogêneo: São aqueles em que pelo menos umas das substâncias participantes da reação está em um estado físico diferente das demais, geralmente no estado sólido. Com isso, o aspecto do sistema não fica uniforme, mas é possível visualizar diferentes fases.

Nesses casos, quando as expressões da constante de equilíbrio são escritas, não se deve escrever as substâncias sólidas, pois suas concentrações são constantes.

Exemplos:

HCl_(aq) + AgNO_3(aq) ↔ AgCl_(s) + HNO_3(aq) K_C = [HNO₃]____ K_p = não é definido.
                                                                        [HCl]. [AgNO₃]

C_(s) + O_2(g) ↔ CO_2(g) K_C = [CO] K_p = (pCO)
                                           [O₂]          (pO₂)

Zn_(s) + Cu²⁺_(aq) ↔ Cu_(s) + Zn²⁺_(aq) K_C = [ Cu²⁺] K_p = não é definido.
                                                               [Zn²⁺]

CaO_(s) + CO_2(g) ↔ CaCO_3(s) K_C = __1__ K_p = __1__
                                                      [CO₂]        (pCO₂)

Na ilustração apresentada no início deste texto foi mostrado um tubo de ensaio do lado esquerdo que continha um sistema em equilíbrio heterogêneo. Trata-se da reação entre as soluções de sulfato de cobre (II) e hidróxido de sódio. Veja a seguir:

CuSO_4(aq) + 2 NaOH_(aq) ↔ Na₂SO_4(aq) + Cu(OH)_2(s) K_C = [Na₂SO₄]____ K_p = não é definido.
​                                                                                       [CuSO]. [NaOH]

Veja que, entre os produtos, forma-se o precipitado hidróxido de cobre (II), que é sólido e fica bem visível em meio à solução aquosa. A cor azul deve-se aos íons de cobre que estão presentes no sistema.

* Crédito editorial da imagem do hidróxido de cobre (II): Autor: Егор Осин / Imagem extraída de: Wikimedia Commons

Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química