Saiba o que é o equilíbrio químico e como ele funciona

O equilíbrio químico é aquele tema-chave que sempre cai nas provas de Enem e vestibulares. Dificilmente alguma questão da prova de Ciências da Natureza e suas Tecnologias não abordará essa questão.

Ele é um conceito fundamental para entender muitas questões de outras áreas dessa disciplina e compreender como as reações químicas alcançam um estado de balanceamento por meio de trocas e relações.

Um tema que pode ser tranquilo para alguns, complicado para outros, mas fato é: para quem quer arrasar no Enem e vestibulares, é preciso dominar o tema! Então, vem com a gente entender tudo sobre esse assunto e detonar nas questões do seu exame.

O que é equilíbrio químico

Você sabe o que é equilíbrio químico? Essa é uma área que estuda como as reações reversíveis ocorrem, ou seja, naquelas que possuem velocidade igual entre a formação dos produtos e dos reagentes. O resultado são concentrações constantes entre eles.

Mas vale uma atenção especial: isso não significa que as concentrações de reagente e produtos sejam iguais, mas sim que elas não mudam com o tempo ao ser alcançado, justamente, o estado de equilíbrio químico.

Quer ver um exemplo? A síntese de amoníaco é uma forma de entender melhor esse tema. O nitrogênio (N₂) e o hidrogênio (H₂) reagem entre si para formar o amoníaco (NH₃). Ao longo da formação da substância, parte dele vai se decompondo novamente em nitrogênio e hidrogênio. O equilíbrio químico ocorre quando a taxa de formação é igual a de decomposição.

Fundamentos de equilíbrio químico

Dentro dessa área, há alguns fundamentos que merecem sua atenção para conhecer mais sobre o tema e entender tudo sobre o tema e saber, por exemplo, como fazer o balanceamento de equações químicas, entender o Princípio de Le Chatelier e muito mais.

Confira alguns dos principais fundamentos a seguir e que podem cair em suas provas, seja no Enem, seja nos vestibulares próprios.

Reações Reversíveis

Reações reversíveis são aquelas que podem ocorrer tanto na direção direta (ou seja, reagentes se transformando em produtos) quanto, também, na direção inversa (ou seja, produtos reagindo para se transformarem em reagentes).

Esse ponto é fundamental, porque o equilíbrio químico é alcançado quando as relações diretas e inversas se tornam equivalentes, ou seja, é mantido, em todo o tempo, a concentração de reagentes e produtos.

Estado de Equilíbrio Dinâmico

O Estado de Equilíbrio Dinâmico é o momento no qual há a equiparidade entre as taxas das reações diretas e indiretas, ou seja, elas são iguais. Assim, as concentrações de reagentes e produtos fica constante. Isso não significa que o processo da reação finalizou, mas sim, que ela acontece de forma contínua e equilibrada.

Constante de Equilíbrio

A Constante de Equilíbrio (Kc) é um valor numérico que expressa a proporção entre as concentrações dos produtos e reagentes de uma reação em equilíbrio, quando eles estão em condições constantes de temperatura constante.

A partir dela, é possível identificar qual é a direção na qual uma reação tende a caminhar para um equilíbrio. Mas como essa análise é feita? Identificando o valor.

Uma Constante de Equilíbrio maior indica que, naquele momento, há a formação de produtos (ou seja, está na direção direta), enquanto uma menor indica haver uma maior formação de reagentes (ou seja, está na direção inversa).

Lei da Ação das Massas

A Lei da Ação das Massas relaciona a velocidade de uma reação química às concentrações de reagentes e produtos. Segundo sua formulação, em uma reação reversível em equilíbrio, a razão entre o produto das concentrações dos produtos e o produto das concentrações dos reagentes, cada um elevado ao seu coeficiente estequiométrico, é proporcional e constante.

Esta constante é conhecida como constante de equilíbrio. A lei ajuda a prever a direção e a extensão de reações químicas.

Princípio de Le Chatelier       

Esse é um dos pontos essenciais para compreender o equilíbrio químico, por falar sobre quais são os critérios que podem afetar um sistema em equilíbrio e, consequentemente, desequilibrá-lo.

A formulação propõe que, se o sistema em equilíbrio é submetido a uma mudança, o sistema tentará se ajustar para minimizar a mudança e restaurar o equilíbrio. Ok, mas como isso acontece na prática.

Por exemplo, se há o aumento da concentração de um reagente, o sistema intensificará o consumo desse excesso, criando mais produtos. Isso é fundamental, justamente, para identificar como é possível otimizar reações químicas e esse ponto pode aparecer em sua prova!

Essa mudança pode ser feita por alterações em:

• Temperatura
• Pressão
• Volume
• Concentração

Equilíbrios heterogêneos e homogêneos

Os Equilíbrios Químicos podem ser divididos entre homogêneos e heterogêneos. Vamos entender mais sobre cada um deles a seguir:

• Equilíbrios homogêneos: eles acontecem quando todas as substâncias envolvidas na reação estão na mesma fase. Por exemplo, se todos estão em sua fase gasosa.
• Equilíbrios heterogêneos: eles acontecem quando há substâncias em diferentes fases. Por exemplo, quando há substâncias em estado líquido e gasoso presentes na mesma reação.

Reações exotérmicas e endotérmicas

Outra divisão que pode acontecer é entre reações químicas exotérmicas e endotérmicas. São elas:

• Reações exotérmicas: durante as reações, elas liberam energia em forma de calor, luz ou eletricidade e deixam o ambiente mais quente. Ocorre, normalmente, em reações de combustão ou de neutralização.
• Reações endotérmicas: durante as reações, são aquelas que absorvem o calor do ambiente, resfriando o entorno. Ocorre, por exemplo, durante o processo de fotossíntese.

Equações de equilíbrio químico

O equilíbrio químico pode ser descrito em equações, que demonstra como as relações de produção de reagentes e produtos estão ocorrendo ao mesmo tempo. Elas consideram a lei da ação das massas.

Entalpia e Entropia

Outros dois conceitos que dialogam direta e indiretamente com o tema de equilíbrio químico e reações químicas é o de entalpia e entropia:

• Entalpia: trata-se da energia total de um sistema, que pode estar relacionado com calor liberado ou absorvido em reações químicas;
• Entropia: trata-se da tendência à desordem ou aleatoriedade de um sistema, sendo a tendência de todos eles. Se você também tem estudado Física, já percebeu o diálogo com a Termodinâmica, não é mesmo? Pois é, uma questão da prova de Ciências da Natureza e Suas Tecnologias pode mesclar esses dois conteúdos — o que não é incomum!

Casos particulares

Dentro do equilíbrio químico, temos algumas situações particulares que tendem a ser estudadas em separado. Vamos conhecer as principais delas a seguir.

Equilíbrio iônico da água, pH e pOH das soluções

Quando falamos sobre equilíbrio iônico da água, estamos falando do processo no qual ela promove sua autoionização, formando íons de Hidrogênio (H+) e hidróxido (OH-) e está diretamente relacionado com a formação do pH das soluções. Esse processo de autoionização ocorre, justamente, pela tendência a busca do equilíbrio químico.

equilíbrio químico e hidrólise salina

Esse processo está relacionado com a dissolução de sais em água, que podem formar soluções ácidas, básicas ou neutras, dependendo da natureza do sal e da força dos ácidos e bases dos quais eles derivam.

A hidrólise salina ocorre quando os íons de um sal reagem com a água, deslocando o equilíbrio iônico da água e alterando o pH da solução. Esse processo é importante para entender de que forma as substâncias dissolvidas em água podem afetar o equilíbrio químico do meio.

Aplicações práticas do equilíbrio químico

Ok, muita teoria até aqui, mas nas provas atuais, principalmente no Enem, a tendência é abordar esse assunto de forma prática. Então, você precisa entender bem como acontece essa relação. Quanto melhor visualizar isso, mais facilmente será possível identificar que uma questão no exame está abordando sobre equilíbrio químico.

Como você viu na descrição de alguns dos conceitos anteriores, ele está diretamente relacionado com o equilíbrio de pH, diretamente relacionado com diversas questões, inclusive, no nosso organismo.

Por exemplo, na biologia, o equilíbrio ácido-base no sangue é fundamental para o organismo funcionar de forma estável. Ainda nessa disciplina, em conjunto com a área ambiental, também está relacionada com o equilíbrio de gases em oceanos. Também está relacionado com ciclos de carbono e efeito estufa. Ou seja, altamente importante para a sobrevivência das espécies.

Outra aplicação prática é quando utilizamos medicamentos básicos (ou, em outro nome, os antiácidos) para regular o pH do estômago e mantê-lo em equilíbrio e reduzir a sensação de queimação e azia. Ou seja, o que não faltam são aplicações diretas no dia a dia.

História do estudo do equilíbrio químico

Uma curiosidade interessante é conhecer como surgiu o estudo sobre equilíbrio químico. Se você não sabe disso, é uma ótima oportunidade de mergulhar ainda mais nesse tema!

Ele começou no século XIX, a partir de trabalhos de cientistas como Berthollet. Ele observou os processos de reversibilidade das reações químicas, que deu o pontapé inicial para que outros cientistas, como Guldberg e Waage pudessem avançar e trazer, por exemplo, a Lei da Ação das Massas.

Esses dois conhecimentos iniciais foram fundamentais para entender como as reações químicas entram em processo de busca de balanço dinâmico e abrindo o campo para os estudos sobre equilíbrio químico e todos os conceitos que você viu até aqui! Interessante, não é mesmo?

Experimentos em equilíbrio químico

Uma forma interessante de aprender sobre equilíbrio químico é testando na prática e vendo ela acontecer diante dos seus olhos. Além disso, é bem estimulante — pode ser legal para quem tem sonho, por exemplo, de ser cientista nessa área.

Separamos alguns vídeos que trazem ideias de experimentos nesse tema que podem ser interessantes:

• equilíbrio químico do íon bicarbonato;
• equilíbrio químico com azul de metileno;
• equilíbrio químico e teste sobre efeito de concentração;
• Experimento com equilíbrio químico da amônia.

Equilíbrio químico em sistemas biológicos

Outra forma de aprender é conhecer alguns pontos que podem aparecer em sistemas biológicos, mergulhando mais em como isso aparece na prática. Confira a seguir alguns exemplos e como eles acontecem.

Conversão da glicose em energia

O processo de conversão da glicose em energia é responsável pela respiração celular e é um exemplo clássico desse processo. Nesse processo, a glicose é quebrada na presença de oxigênio para produzir dióxido de carbono, água e energia (ATP).

O equilíbrio entre os reagentes (glicose e oxigênio) e os produtos (dióxido de carbono, água e ATP) é essencial para garantir a eficiência energética das células e, consequentemente, proporcionar a sobrevivência do organismo todo.

Homeostase do pH sanguíneo

Outro exemplo interessante é a homeostase do pH sanguíneo, mantendo a função celular em ordem. O corpo humano utiliza sistemas tampão, respiração e função renal para regular o pH sanguíneo. E, inclusive, problemas que impeçam esse equilíbrio podem afetar os processos metabólicos, em geral.

Fixação do nitrogênio em plantas

A fixação de nitrogênio em plantas é um processo essencial, responsável pela conversão do Nitrogênio presente na atmosfera (N₂) em formas químicas que as plantas podem absorver e utilizar para seu crescimento no dia a dia.

Esse processo é feito pela ação de bactérias fixadoras de nitrogênio, em um equilíbrio químico que torna o nitrogênio disponível no solo para as plantas. Isso influencia diretamente a fertilidade do solo e a produtividade agrícola.

equilíbrio químico na indústria

O equilíbrio químico é fundamental para o desenvolvimento da indústria e está presente na produção de diversos itens que fazem parte de muitas áreas de atuação. Por exemplo, o processo de síntese de amônia, pelo processo Haber-Bosch, é vital para a produção de fertilizantes.

Outro exemplo é a produção de ácido sulfúrico, utilizando processos de contato, onde o equilíbrio entre reagentes e produtos é rigorosamente controlado, pensando no aumento de rendimento. Esses são dois dos muitos exemplos de aplicação deste conceito, principalmente, na produção de ácidos base para diversos produtos.

Equilíbrio químico e sustentabilidade

Outro ponto em que o equilíbrio químico está presente de forma prática e pode aparecer, inclusive, em sua prova. Por exemplo, ele está diretamente relacionado com o Efeito Estufa.

Esse efeito ocorre quando gases como dióxido de carbono e metano captam a radiação infravermelha e retêm calor na superfície da Terra, aumentando a temperatura. Quanto maior a concentração desse gás, mais calor é retido, na busca por equilíbrio dinâmico. Com isso, aumenta-se a temperatura média do planeta, gerando as mudanças climáticas que temos visto recentemente.

Ela também está relacionada com questões como acidificação de mananciais, chuva ácida, entre outros desequilíbrios entre biomas, que ocorrem por consequências de processos de mudanças no equilíbrio químico.

Influência ambiental no equilíbrio químico

Como você viu na parte sobre fundamentos do equilíbrio químico, algumas questões podem ser responsáveis por alterar as condições do sistema, forçando-o a tentar retomar o processo de equilíbrio.

Estão entre elas as condições de temperatura, pressão e concentração de substâncias. E quando estendemos isso para questões práticas e presentes em nosso dia a dia, fica ainda mais claro.

Lembra-se do que acabamos de falar sobre o Efeito Estufa? O aumento de CO₂ na atmosfera força o sistema atmosférico a se reequilibrar. Mas não é só isso.

Vamos a um exemplo hipotético: uma reação química equilibrada que ocorre ao nível do mar, quando é levada para locais com maior altitude, será afetada, pois a pressão atmosférica sobre a reação também será diferente.

Equilíbrio químico e saúde

Você já viu um exemplo de como o equilíbrio químico e saúde estão relacionados, com o uso de antiácidos no estômago. E, também, sobre o equilíbrio ácido-base no sangue. Mas não para por aí.

Muitos cientistas, ao produzir medicamentos, consideram justamente suas interações e promoção de reações químicas no organismo para criar fórmulas mais eficientes ou, então, para potencializar a absorção no corpo. Por exemplo, algumas cápsulas precisam ter um pH equilibrado para passarem o mais intactas possível pela acidez do estômago e terem sua ação em outros órgãos do sistema digestivo, com absorção no intestino.

E adivinha quem vai fazer parte desse processo? Exatamente, os conhecimentos sobre equilíbrio químico!

Desafios no ensino do equilíbrio químico

Outro ponto interessante de conhecer quando falamos sobre equilíbrio químico é conhecer mais sobre os desafios enfrentados para que esse conteúdo seja aprendido pelos alunos. Vamos conhecer mais sobre eles.

Dificuldade nas compreensões conceituais

Como você viu ao longo desse conteúdo, equilíbrio químico é um tema complexo e repleto de conceitos que podem ser difíceis de serem compreendidos em um primeiro momento. Boas táticas para isso são as analogias e os exemplos práticos, que são mais palpáveis para os estudantes.

Dificuldade de compreensão de conteúdos de base para equilíbrio químico

Outro ponto é que, para dominar bem o equilíbrio químico, é preciso conhecer outras questões essenciais na Química, como questões sobre átomos e moléculas, trocas de elétrons, reações químicas e, até mesmo, questões de outras áreas, como termodinâmica.

Por isso, tanto para os professores quanto para os estudantes, vale a pena fazer uma pequena revisão nesses conteúdos de base antes de avançar para esse tema. Com isso, as dúvidas que poderiam surgir vão ser aliviadas e terá mais segurança para avançar nesse conhecimento.

Dificuldade de uma abordagem interdisciplinar sobre o tema

Biologia e Física andam lado a lado com essa área da Química e o conhecimento interdisciplinar consegue ampliar a visão sobre o assunto. Alguns exemplos que trouxemos ao longo deste artigo são, justamente, nessa pegada, pensando em ajudá-lo a expandir a capacidade de visualizar a interligação entre esses campos.

Isso é fundamental porque, nas provas, esse conhecimento será testado assim, principalmente, pela ênfase que o Ministério da Educação dá à interdisciplinaridade. Por exemplo, pode, sim, vir uma questão que aborda como o equilíbrio químico ocorre no processo de fotossíntese. Ou seja, unindo Biologia e Química. E para arrasar, você precisa dominar bem essas questões.

Dificuldade em fazer experimentos para aprender na prática

Uma forma de poder visualizar os conteúdos é vendo-os, na prática, e os experimentos são fundamentais na Química em geral. Em equilíbrio químico, pode fazer toda a diferença para uma melhor compreensão de como isso funciona.

Porém, alguns tipos de experimentos só podem ser feitos em locais controlados, com uso de Equipamentos de Proteção Individual (EPIS), com ventilação adequada e segurança proporcionada por um laboratório criado para isso.

Saiba mais: assista à aula de equilíbrio químico no Stoodi!

Domine a área de equilíbrio químico e arrase nas provas!

Trouxemos aqui um panorama geral sobre equilíbrio químico, mas é apenas o começo para entender tudo sobre o tema. Lembre-se que as provas, seja o Enem ou os vestibulares, sempre trazem questões relacionadas com o assunto e quanto mais você entender sobre o tema, maiores as chances de conquistar pontos essenciais para sua aprovação.

Então, não deixe a oportunidade passar: faça sua preparação para o Enem e vestibular com quem realmente domina o assunto: conte com o Stoodi. Aprenda com professores experientes em aprovação, faça exercícios e simulados e tenha o suporte de monitores que estarão ao seu lado nesse momento.

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