Ser capaz de calcular concentrações de equilíbrio é essencial para muitas áreas de ciência e tecnologia, por exemplo, na formulação e dosagem de produtos farmacêuticos. Depois de um fármaco ser ingerido ou injetado, é envolvido tipicamente em diversos equilíbrios químicos que afetam a sua concentração final no sistema de interesse no corpo. O conhecimento dos aspectos quantitativos desses equilíbrios é necessário para calcular uma quantidade de dosagem que irá fornecer o efeito terapêutico desejado.

Um tipo mais desafiante de cálculo de equilíbrio pode ser aquele em que as concentrações de equilíbrio são derivadas das concentrações iniciais e de uma constante de equilíbrio. Para esses cálculos, uma abordagem de quatro passos é normalmente útil:

1. Identificar a direção na qual a reação irá avançar para atingir o equilíbrio.
2. Desenvolver uma tabela ICE.
3. Calcular as alterações de concentração e, posteriormente, as concentrações de equilíbrio.
4. Confirmar as concentrações de equilíbrio calculadas.

Cálculo das Concentrações de Equilíbrio

Em determinadas condições, a constante de equilíbrio K_c para a decomposição de PCl₅(g) em PCl₃(g) e Cl₂(g) é 0,0211. O procedimento acima pode ser utilizado para determinar as concentrações de equilíbrio de PCl₅, PCl₃, e Cl₂ em uma mistura que inicialmente continha apenas PCl₅ a uma concentração de 1,00 M.

Passo 1. Determinar a direção em que a reação prossegue.

A equação equilibrada para a decomposição de PCl₅ é

Como apenas o reagente está presente inicialmente, Q_c = 0, e a reação irá prosseguir para a direita.

Passo 2. Desenvolver uma tabela ICE.

	PCl5 (g)	PCl3 (g)	Cl2 (g)
Concentração Inicial (M)	1,00	0	0
Alteração (M)	−x	+x	+x
Concentração em Equilíbrio (M)	1,00 − x	x	x

Passo 3. Resolver para a alteração e as concentrações de equilíbrio.

Substituir as concentrações de equilíbrio na equação da constante de equilíbrio dá

Uma equação do formato ax² + bx + c = 0 pode ser rearranjada para resolver para x:

Neste caso, a = 1, b = 0,0211, e c = −0,0211. Substituir os valores apropriados para a, b, e c produz:

As duas raízes da quadrático são, portanto,

Para este cenário, apenas a raiz positiva é fisicamente significativa (as concentrações são zero ou positivas), e por isso x = 0,135 M. As concentrações de equilíbrio são

Passo 4. Confirmar as concentrações de equilíbrio calculadas.

A substituição na expressão para K_c (para verificar o cálculo) dá

A constante de equilíbrio calculada a partir das concentrações de equilíbrio é igual ao valor de K_c dado no problema (quando arredondado para o número adequado de valores significativos).

Este texto foi adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 13.4 Equilibrium Calculations.