Qual a diferença entre estado de equilíbrio e reação completa?

Passo 1

O enunciado pergunta qual é a diferença entre um estado de equilíbrio e uma reação completa em química. O conteúdo envolve termodinâmica e cinética de reações químicas: precisamos entender conceitos como velocidade direta e inversa, constante de equilíbrio e conversão de reagentes em produtos.

Passo 2

Definição de estado de equilíbrio químico
Em uma reação genérica
aA + bB \rightleftharpoons cC + dD
chegamos a um estado de equilíbrio quando as velocidades da reação direta e da reação inversa se igualam. Nesse ponto, as concentrações de A, B, C e D permanecem constantes ao longo do tempo, embora ambas as reações ainda ocorram. Termodinâmicamente, o potencial químico livre atinge o mínimo e \Delta G = 0. O sistema satisfaz
K_\text{eq} = \frac{[C]^c\,[D]^d}{[A]^a\,[B]^b},
onde K_\text{eq} é finito (nem zero nem infinito).

Passo 3

Definição de reação completa
Chama-se reação completa aquela em que praticamente todo reagente é convertido em produto, de modo que a reação inversa é desprezível. Na prática, isso ocorre quando a constante de equilíbrio é muito grande ( K_\text{eq}\gg1), favorecendo quase 100 % de conversão de reagentes em produtos. Nesse caso, o sistema não atinge um estado de equilíbrio reversível significativo: a reação pára quando um reagente se esgota.

Passo 4

Principais diferenças
  • Dinâmica de taxas:
    Em equilíbrio, v_\text{direta}=v_\text{inversa}; em reação completa, a taxa inversa é quase zero.
  • Constante de equilíbrio:
    Para equilíbrio, K_\text{eq} é finito; para reação completa, K_\text{eq} é tão grande que [A] e [B] finais quase nulos.
  • Composição final:
    No equilíbrio, há mistura de reagentes e produtos em proporções definidas por K_\text{eq}; na reação completa, quase só produto permanece.
  • Critério termodinâmico:
    No equilíbrio \Delta G=0; num processo completo, \Delta G<0 até que todos os reagentes se esgotem.

Passo 5

Implicações práticas
  • Em processos industriais, muitas vezes se busca condições (temperatura, pressão, catalisador) para deslocar o equilíbrio a favor dos produtos ou aproximar-se de uma reação “completa”.
  • Em laboratório, se um reagente for empregado em grande excesso, uma reação reversível pode comportar-se como quase completa.

Resposta

  • No estado de equilíbrio, reação direta e inversa ocorrem simultaneamente com velocidades iguais, há mistura estável de reagentes e produtos e \Delta G=0.
  • Numa reação completa, praticamente todo reagente vira produto, a reação inversa é desprezível, K_\text{eq}\gg1 e o sistema só “para” quando o reagente limiting se esgota.

Exercícios relacionados