A lei da ação das massas estabelece a relação entre as massas ativas dos reagentes e as dos produtos, em condições de equilíbrio e nos sistemas homogêneos (soluções ou fases gasosas). Foi formulado pelos cientistas noruegueses CM Guldberg e P. Waage, que reconheceram que a balança é dinâmica e não estática.
Por que dinâmico? Porque as velocidades das reações diretas e reversas são as mesmas. As massas ativas são geralmente expressas em mol / L (molaridade). Essa reação pode ser escrita assim: aA + bB <=> cC + dD. Para o equilíbrio citado neste exemplo, a relação entre reagentes e produtos é ilustrada na equação da imagem abaixo.
K é sempre constante, independentemente das concentrações iniciais das substâncias, desde que a temperatura não varie. Aqui A, B, C e D são os reagentes e produtos; enquanto a, b, ce são os seus coeficientes estequiométricos.
O valor numérico de K é uma constante característica para cada reação a uma dada temperatura. Então, K é o que é chamado constante de equilíbrio.
A notação [] significa que, na expressão matemática, as concentrações aparecem em unidades de mol / L, elevadas a uma potência igual ao coeficiente de reação.
Qual é a lei da ação de massa?
Como mencionado anteriormente, a lei da ação em massa expressa que a velocidade de uma dada reação é diretamente proporcional ao produto das concentrações das espécies reagentes, onde a concentração de cada espécie é elevada a uma potência igual ao seu coeficiente estequiométrico na equação química.
Nesse sentido, pode ser melhor explicado com uma reação reversível, cuja equação geral é ilustrada abaixo:
aA + bB ↔ cC + dD
Onde A e B representam os reagentes e substâncias chamadas C e D representam os produtos da reação. Da mesma forma, os valores de a, b, ce representam os coeficientes estequiométricos de A, B, C e D, respectivamente.
A partir da equação anterior, é obtida a constante de equilíbrio mencionada anteriormente, ilustrada como:
K = [C] c [D] d / [A] a [B] b
Onde a constante de equilíbrio K é igual a um quociente, em que o numerador é constituído pela multiplicação das concentrações dos produtos (em estado de equilíbrio) elevados ao seu coeficiente na equação balanceada e o denominador consiste em uma multiplicação semelhante mas entre os reagentes elevados ao coeficiente que os acompanha.
Significado da constante de equilíbrio
Deve-se notar que na equação para calcular a constante de equilíbrio, as concentrações das espécies no equilíbrio devem ser utilizadas, desde que não haja modificações nessas ou na temperatura do sistema.
Da mesma forma, o valor da constante de equilíbrio fornece informações sobre o sentido favorecido em uma reação de equilíbrio, ou seja, revela se a reação é favorável a reagentes ou produtos.
Se a magnitude dessa constante for muito maior que a unidade (K »1), o equilíbrio será inclinado para a direita e favorecerá os produtos; enquanto que se a magnitude dessa constante for muito menor que a unidade (K 1), o equilíbrio se inclinará para a esquerda e favorecerá os reagentes.
Além disso, apesar do fato de que, por convenção, é indicado que as substâncias no lado esquerdo da seta são os reagentes e as do lado direito são os produtos, o fato de que os reagentes que vêm da reação na reação podem ser um pouco confusos o sentido direto se torna o produto da reação em sentido inverso e vice-versa.
Equilíbrio químico
Freqüentemente, as reações atingem um equilíbrio entre as quantidades de substâncias iniciais e as dos produtos formados. Além disso, esse equilíbrio pode ser deslocado, favorecendo o aumento ou diminuição de uma das substâncias envolvidas na reação.
Um evento análogo ocorre na dissociação de uma substância dissolvida: durante uma reação, o desaparecimento das substâncias iniciais e a formação dos produtos com velocidade variável podem ser observados experimentalmente.
A velocidade de uma reação depende em grande parte da temperatura e da concentração dos reagentes em graus variados. De fato, esses fatores são estudados especialmente pela cinética química.
No entanto, esse equilíbrio não é estático, mas advém da coexistência de uma reação direta e uma inversa.
Na reação direta (->) os produtos são formados, enquanto na reação inversa (<-) eles re-originam as substâncias iniciais.
O exposto acima constitui o que é conhecido como equilíbrio dinâmico, mencionado acima.
Balanceamento de sistemas heterogêneos
Em sistemas heterogêneos – ou seja, naqueles formados por várias fases – as concentrações de sólidos podem ser consideradas constantes, omitindo a expressão matemática de K.
CaCO 3 (s) <=> CaO (s) + CO 2 (g)
Assim, no equilíbrio de decomposição do carbonato de cálcio, sua concentração e a do óxido resultante podem ser consideradas constantes, independentemente de sua massa.
Mudanças de equilíbrio
O valor numérico da constante de equilíbrio determina se uma reação favorece ou não a formação de produtos. Quando K é maior que 1, o sistema de equilíbrio terá uma concentração maior de produtos do que de reagentes e, se K for menor que 1, ocorre o contrário: em equilíbrio, haverá uma maior concentração de reagentes que de produtos.
Princípio Le Chatelier
A influência das variações de concentração, temperatura e pressão pode alterar a velocidade de uma reação.
Por exemplo, se produtos gasosos são formados em uma reação, um aumento na pressão no sistema faz com que a reação prossiga na direção oposta (em direção aos reagentes).
Em geral, as reações inorgânicas realizadas entre os íons são muito rápidas, enquanto as orgânicas têm velocidades muito mais baixas.
Se o calor é produzido em uma reação, um aumento na temperatura externa tende a orientá-lo na direção oposta, pois a reação inversa é endotérmica (absorve o calor).
Da mesma forma, se um excesso for causado em um dos reagentes dentro de um sistema de equilíbrio, as outras substâncias formarão produtos para neutralizar ao máximo essa modificação.
Como resultado, o equilíbrio muda favorecendo de uma maneira ou de outra, aumentando a taxa de reação, de modo que o valor de K permanece constante.
Todas essas influências externas e a resposta de equilíbrio para combatê-las é o que é conhecido como princípio de Le Chatelier.
Aplicações
Apesar de sua enorme utilidade, quando essa lei foi proposta, ela não teve o impacto ou a relevância desejada na comunidade científica.
No entanto, a partir do século XX, ganhou notoriedade graças ao fato de os cientistas britânicos William Esson e Vernon Harcourt a terem retomado várias décadas após sua promulgação.
A lei da ação em massa teve muitas aplicações ao longo do tempo, então algumas são indicadas abaixo:
- Quando formulado em termos de atividades em vez de concentrações, é útil determinar desvios do comportamento ideal dos reagentes em uma solução, desde que seja consistente com a termodinâmica.
- Quando uma reação se aproxima do estado estacionário, é possível prever a relação entre a velocidade líquida da reação e a energia livre instantânea de Gibbs de uma reação.
- Quando combinada com o princípio do equilíbrio detalhado, em termos gerais, esta lei prevê os valores resultantes, de acordo com a termodinâmica, das atividades e a constante no estado estacionário, bem como a relação entre elas e as constantes de velocidade resultantes de as reações no sentido direto e na direção oposta.
- Quando as reações são do tipo elementar, aplicando esta lei, a equação de equilíbrio apropriada é obtida para uma reação química específica e as expressões de sua velocidade.
Exemplos da lei da ação de massa
-No estudo de uma reação irreversível entre íons que estão em solução, a expressão geral desta lei leva à formulação de Brönsted-Bjerrum, que estabelece a relação entre a força iônica da espécie e a constante de velocidade .
– Ao analisar as reações que são realizadas em soluções ideais diluídas ou em estado de agregação de gás, é obtida a expressão geral da lei original (década dos anos 80).
-Como possui características universais, a expressão geral desta lei pode ser usada como parte da cinética e não como parte da termodinâmica.
– Quando usada em eletrônica, esta lei é usada para determinar que a multiplicação entre as densidades dos furos e os elétrons de uma determinada superfície tem uma magnitude constante no estado de equilíbrio, mesmo independentemente do doping que é fornecido ao material. .
-É amplamente conhecido o uso desta lei para descrever a dinâmica entre predadores e presas, assumindo que a taxa de predação nas presas tenha uma certa proporção com a relação entre predadores e presas.
-No campo dos estudos em saúde, essa lei pode até ser aplicada para descrever certos fatores do comportamento humano, do ponto de vista político e social.
A lei da ação de massa em farmacologia
Assumindo que D é a droga e R é o receptor no qual atua, ambos reagem para causar o complexo DR, responsável pelo efeito farmacológico:
K = [DR] / [D] [R]
K é a constante de dissociação. Há uma reação direta em que a droga atua no receptor e outra em que o complexo DR se dissocia nos compostos originais. Cada reação tem sua própria velocidade, equalizando apenas em equilíbrio, satisfazendo K.
Interpretando a lei das massas pela letra, quanto maior a concentração de D, maior a concentração do complexo DR formado.
No entanto, o total de receptores Rt tem um limite físico, portanto, não há quantidade ilimitada de R para todos os D. disponíveis. Além disso, estudos experimentais na área de farmacologia encontraram as seguintes limitações à lei de massa neste campo:
– Suponha que o link RD seja reversível, quando na maioria dos casos realmente não é.
– O link RD pode alterar estruturalmente qualquer um dos dois componentes (a droga ou o destinatário), uma circunstância que não considera a lei de massa.
– Além disso, a lei de massas empalidece antes das reações em que vários intermediários intervêm na formação de DR.
Limitações
A lei da ação em massa supõe que toda reação química é do tipo elementar; em outras palavras, essa molecularidade é a mesma que a respectiva ordem de reação para cada espécie envolvida.
Aqui, os coeficientes estequiométricos a, b, c e d são considerados como o número de moléculas envolvidas no mecanismo de reação. No entanto, em uma reação global, elas não necessariamente coincidem com o seu pedido.
Por exemplo, para a reação aA + bB <=> cC + dD:
A expressão da velocidade para reações diretas e inversas são:
k 1 = [A] a [B] b
k 2 = [C] c [D] d
Isso se aplica apenas a reações elementares, pois para as globais, embora os coeficientes estequiométricos estejam corretos, eles nem sempre são as ordens de reação. No caso de reação direta, o último poderia ser:
k 1 = [A] w [B] z
Nesta expressão wyz seriam as verdadeiras ordens de reação para as espécies A e B.
Referências
- Jeffrey Aronson (19 de novembro de 2015). As Leis da Vida: Lei de Guldberg e Waage de Ação em Massa. Recuperado em 10 de maio de 2018, de: cebm.net
- ScienceHQ (2018). Lei da ação de massa. Recuperado em 10 de maio de 2018, de: sciencehq.com
- askiitanos. (2018). Lei de Ação em Massa e Constante de Equilíbrio. Recuperado em 10 de maio de 2018, de: askiitians.com
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- Walter J. Moore (1963). Química Física Em Termodinâmica e equilíbrio químico . (Quarta ed.). Longmans P 169.
- Alex Yartsev (2018). A Lei da Ação em Massa na Farmacodinâmica. Recuperado em 10 de maio de 2018, de: derangedphysiology.com