Vogel: Análise Química Quantitativa
2 Reações em solução: teoria fundamental
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Reações em solução: teoria fundamental
Muitas das reações da análise química qualitativa e quantitativa ocorrem em
solução. O solvente é usualmente a água, mas outros líquidos podem ser
usados. Por isso, o conhecimento fundamental das condições em que as
reações de interesse da química analítica são feitas e dos fatores que as
influenciam é essencial.
2.1 A lei da ação das massas
Guldberg e Waage (1867) enunciaram a lei da ação das massas (às vezes
chamada de “lei do equilíbrio químico”) nos seguintes termos: “A
velocidade de uma reação química é proporcional ao produto das massas
ativas das substâncias que participam da reação”. A expressão “massa
ativa” era interpretada como a concentração da substância expressa em
moles por litro. Quando se aplica essa lei a sistemas homogêneos, isto é, a
sistemas em que todos os reagentes participam de uma só fase como, por
exemplo, uma reação em solução, chega-se a uma expressão matemática
que estabelece a condição de equilíbrio em uma reação reversível.
Considere, inicialmente, uma reação reversível que ocorre em uma
temperatura constante:
A + B C + D
A velocidade de conversão de A e B é proporcional às concentrações de A e
B, logo
r 1 = k1 × [A] × [B]
em que k1 é uma constante, conhecida como constante de velocidade ou coeficiente de velocidade, e os colchetes fechados (veja a nota de rodapé da
Seção 2.21) simbolizam as concentrações (mol·l–1) das substâncias
representadas pelas fórmulas A e B.
Do mesmo modo, a velocidade de conversão de C e D é dada por
r 2 = k2 × [C] × [D]
No equilíbrio, as duas velocidades de conversão são iguais:
k1 × [A] × [B] = k2 × [C] × [D]
em que K é a constante de equilíbrio da reação na temperatura em que ela
ocorre. Esta expressão pode ser generalizada. Para uma reação reversível
representada por
p1A1 + p2A2 + p3A3 + . . . q1B1 + q2B2 + q3B3 + . . .
em que p1, p2, p3 etc., e q1, q2, q3 etc. são os coeficientes estequiométricos das espécies que participam da reação, a condição de equilíbrio é dada pela
expressão
Esta expressão significa que, quando se atinge o equilíbrio em uma reação
reversível, em uma temperatura constante, o produto das concentrações das
substâncias produzidas na reação (as substâncias que estão no lado direito
da equação química) dividido pelo produto das concentrações dos reagentes
(substâncias que estão no lado esquerdo da equação química), cada concentração sendo elevada à potência igual ao coeficiente estequiométrico