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Constante de equilíbrio

Última atualização em 20 de agosto de 2022

Definição constante de equilíbrio

Uma constante de equilíbrio, KEQ, é uma variável que descreve a tendência de uma reação química de prosseguir com a conclusão, o que significa que todos os reagentes são convertidos em produtos. O equilíbrio de uma reação é o ponto em que a conversão de reagentes em produtos é igual à conversão de produtos de volta em reagentes.

Visão geral constante de equilíbrio

Uma grande constante de equilíbrio significa que a reação prossegue na direção direta, dos reagentes a produtos, até que quase todos os reagentes tenham sido convertidos em produtos. Uma pequena constante de equilíbrio, ou quando o keq é menor que um, significa que a reação química favorecerá os reagentes e a reação prosseguirá na direção oposta. Uma constante de equilíbrio de 1 indica que os reagentes e produtos serão iguais quando a reação atingir o equilíbrio.

Os cientistas usam a constante de equilíbrio de uma equação para entender melhor a rapidez com que o equilíbrio será alcançado e se o equilíbrio favorecerá reagentes ou produtos. A constante pode ser calculada usando a proporção de produtos para os reagentes quando a equação atingir o equilíbrio. A constante de equilíbrio é frequentemente representada pela variável keq, que é definida pela expressão constante de equilíbrio vista abaixo.

Expressão constante de equilíbrio para uma reação

A expressão constante de equilíbrio descreve a concentração de produtos divididos pela concentração de reagentes quando a reação atinge o equilíbrio. Esta expressão pode ser vista abaixo.

Na reação: aa + bb <=> cc + dd

Cada termo descreve a concentração de um reagente ou produto na reação em que os produtos químicos A e B se combinam para produzir produtos C e D. As letras minúsculas indicam o número de moles de cada produto químico. Os colchetes em torno de uma letra, [a], indicam a concentração de cada produto químico, e o subscrito denota que a constante de equilíbrio é determinada pela concentração de cada molécula em equilíbrio.

J. Willard Gibbs, um cientista famoso que estudou a energia presente nas reações, mostrou que a constante de equilíbrio estava diretamente relacionada à quantidade de mudança de energia livre que ocorre durante uma reação, denotada ∆G. Gibbs mostrou que toda reação tem uma alteração padrão de energia livre, ou ∆G °. Embora a mudança total de energia livre de cada reação também seja governada pelas concentrações iniciais de produtos químicos, a energia livre padrão é calculada com a equação abaixo, usando a constante de equilíbrio da equação.

Δg ° = -rtln (ruim)

Essa equação mostra que a mudança de energia livre padrão é simplesmente outra maneira de descrever as forças motrizes de uma reação e de que maneira elas procederão. Embora a constante de equilíbrio nos diga se teremos mais reagente ou produtos no final de uma reação, ela não sugere a rapidez com que essa reação ocorreria. Isso é conhecido como constante de taxa e é denotado por uma minúscula k. A taxa de taxa está relacionada a uma variedade de outras equações relacionadas à velocidade com que as reações acontecem. A constante de equilíbrio é importante para uma série de reações biológicas, como visto nos exemplos abaixo.

Exemplos de constante de equilíbrio

Ionização da água

A água é a base para toda a vida na Terra. Uma das principais razões pelas quais a água é um solvente tão bom é sua capacidade de formar ligações de hidrogênio com moléculas em si e não-água. Essa capacidade não apenas permite que a água se dissolva e difunda solutos, mas também permite que a água carregue uma corrente elétrica. Quando a água, H2O, forma ligações de hidrogênio, o hidrogênio é retirado do oxigênio e a molécula desassocia em um íon hidrogênio (H+) e um íon hidróxido (OH-).

Os prótons individuais de hidrogênio raramente existem livremente em solução e imediatamente forma uma ligação com a molécula de água à qual estava ligado a hidrogênio. Isso forma um íon hidrônio, ou H3O+. A constante de equilíbrio para essa reação é, portanto, a concentração de íons hidrogênio e íons hidróxidos, divididos pela concentração de moléculas de água normais, como visto abaixo.

A constante de equilíbrio dessa reação pode ser medida pela condutividade elétrica da água, que é determinada pela concentração de (H3O+). Os íons hidrônios passam um sinal elétrico na forma de transferência de elétrons, que podem ser medidos por equipamentos elétricos sensíveis. Assim, a constante de equilíbrio da água foi medida por equipamentos elétricos sensíveis em 1,8 x 10-16, o que significa que a água tem uma probabilidade muito maior de ser o reagente H2O, em oposição a se tornar o íon hidrônio. O processo pode ser visto na imagem abaixo.

Células, energia livre e constante de equilíbrio

Embora a constante de equilíbrio seja medida quando uma reação está em equilíbrio, isso não significa que todas as reações possam prosseguir para o equilíbrio. Na célula, muitas reações são constantemente reabastecidas com vários produtos químicos, o que mantém as reações das células longe do equilíbrio. A constante de equilíbrio, no entanto, descreve a tendência desses reagentes de formar produtos. Algumas reações são exercitadas, o que significa que liberam energia quando acontecem. Essas reações têm uma alta constante de equilíbrio, descrevendo sua tendência a se tornar produtos.

Pode -se dizer que essas reações têm uma mudança positiva na energia livre, o que significa que elas emitem energia às reações ao seu redor. Outras reações importantes são endergônicas, o que significa que eles exigem energia para ocorrer. Essas reações têm uma constante de baixo equilíbrio, descrevendo sua tendência a permanecer como reagentes. As células acoplam essas reações para permitir que as reações endergônicas ocorram. Isso pode ser visto em muitas reações celulares típicas que usam a constante de alto equilíbrio de ATP convertendo em ADP para acionar reações endergônicas, como a formação de proteínas ou ácidos graxos.

Questionário

1. Nos animais, a regulação da glicose é importante. Em alguns casos, o excesso de glicose deve ser armazenado. Para armazenar glicose, as moléculas de glicose devem ser acorrentadas em grandes moléculas chamadas glicogênio. Para acionar a glicose, a energia de uma molécula de ATP deve ser usada. Qual das seguintes afirmações sobre a constante de equilíbrio da reação de combinar moléculas de glicose é verdadeira?

2. Quando uma molécula ATP é convertida em ADP, a molécula perde um grupo fosfato. Essa reação tem uma constante de equilíbrio extremamente alta. Na célula, o ATP é armazenado em altas concentrações para alimentar reações importantes. Por que esse ATP não converte de uma só vez em ADP e depois para o AMP?

3. Qual é a diferença entre a constante de equilíbrio de uma reação e a mudança de energia livre presente em uma reação?

4. O que uma grande constante de equilíbrio significa para uma reação?

5. Qual das alternativas a seguir é determinada pela constante de equilíbrio?

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