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Repaso Equilibrio Quimico
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EQUILIBRIO
QUIMICO
•El equilibrio químico es un estado en el que no se
observan cambios durante el tiempo transcurrido
Concepto de equilibrio químico:Cuando una reacción química alcanza el estado de equilibrio, las
concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes en el tiempo, sin que se produzcan cambios visibles en el sistema.
CONDICIONES:
Sistema cerrado
Reacción reversible
En el equilibrio químico participan distintas sustancias como productos y reactivos
CARACTERÍSTICAS:
La velocidad directa igual a la velocidad indirecta.
Las propiedades físicas permanecen constantes.
Las concentraciones (o las presiones parciales, si es un sistema gaseoso)
de las especies de reactantes y de productos son constantes.
Expresión matemática que relaciona las
concentraciones de reactivos y productos se la conoce
como
LEY DE ACCION DE MASAS
a A + bB n cC + dD
C DK =
A B
eq eq
eq eq
c d
a b
CONSTANTE DE EQUILIBRIO QUIMICO
• Muestran que para cualquier reacción:
a A + b B ------------ c C + d D
a, b, c y d son los coeficientes estequiometricas, la
expresión de la constante de equilibrio a una temperatura
dada será igual a
Ke = [C]c [D]d / [A]a [B]b
esta ecuación es la expresión matemática de la ley de
acción de masas.
•El equilibrio entre dos fases de la misma sustancia se
denomina equilibrio físico debido a que los cambios
que ocurren son procesos físicos.
•equilibrio homogéneo se aplica a las reacciones en que
todas las especies reaccionantes se encuentran en la
misma fase
•equilibrio heterogéneo se aplica a las reacciones en las
que alguna de las especies reaccionantes se encuentra
en una fase diferente.
•Cuando un sistema tiene uno de los reactivos o
productos es sólido o liquido puro no se tiene en cuenta
en la K de equilibrio por que son constante
El equilibrio heterogéneo se aplica a las reacciones en que
los reactivos y productos están en diferentes fases .
La constante de equilibrio depende del sistema químico y de la
temperatura de dicho sistema.
La constante de equilibrio, es un valor numérico que representa
la relación de concentraciones productos y reactantes en
equilibrio.
Dependiendo del sistema evaluado se presentan diferentes
constantes:
Ke: incluye todas las especies.
K : sólo aquellas especies cuya concentración pueda variar
(acuosas y gaseosas).
Kp: para los gases, expresa presiones parciales en equilibrio.
Kps: constante del producto de solubilidad.
Kw: constante de ionización del agua.
Ka: constante de ionización de los ácidos o constante de
acidez
Kb: constante de ionización de las bases o constante de
basicidad.
Las constantes marcadas se expresan en términos de
concentraciones molares.
Consideraciones para expresar la constante de
equilibrio
Escribir la ecuación del equilibrio
La ecuación debe estar balanceada.
Las concentraciones o presiones parciales de los
productos aparecen en el numerador. Omitir los sólidos y
líquidos puros y los solventes en soluciones diluidas (< 0,1
M).
Las concentraciones o presiones parciales de los
reactantes aparecen en el denominador.
La expresión de la constante depende de la forma en
que se haya escrito la ecuación química que describe el
sistema en equilibrio.
El exponente de cada concentración debe ser el mismo
que el coeficiente de la especie en la ecuación.
CARACTERISTICAS DE LA CONSTANTE DE
EQUILIBRIO QUIMICO
Los valores de constante de equilibrio tienen una
aplicación práctica en reacciones reversibles.
Estas reacciones se simbolizan con una doble
flecha
Existen reacciones que son irreversibles
Ejemplos: quemar papel, cocinar un huevo entre
otros
1. Para la reacción reversible en equilibrio químico:
El valor de K = 0,00463
• Si se escribe en dirección opuesta por ej:
El valor de K’ = 1/ K, K’ = 216
La expresión de K depende de la forma en que está
escrita la ecuación química.
El valor de K depende de la forma en que se
balancea la ecuación química
luego K’ será igual a K’ = K1/2
3. Las concentraciones de las especies que
participan en la reacción deben de ser expresadas
en concentración mol/litro o en atmósferas.
RENDIMIENTO EXPERIMENTAL DE REACCIÓN:
EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS REACTIVOS
242 2NOON
242 2NOON
tiempo
Concentración
LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO
Ley de acción de masas (Guldberg y Waage 1864):
Esta relación es independiente de la composición inicial del
sistema:
cte) T (si ]O[N
]NO[
eq42
2eq2
cte
Experimento [N2O4]0 [NO2]0 [N2O4]e [NO2]e Kc
1 1,00 10-3
0 4,72 10-6
9,95 10-4
0,21
2 4,00 10-3
0 7,34 10-5
3,93 10-3
0,21
3 1,00 10-2
0 4,40 10-4
9,56 10-3
0,21
4 2,00 10-2
0 4,52 10-3
3,10 10-2
0,21
LAS UNIDADES DE KC Y KP
Ninguno de los valores de las constantes presentados tiene unidades.
En los cálculos se deben expresar las presiones y las
concentraciones experimentales en las mismas unidades que las
del estado de referencia.
ref
eq ,ON
2
ref
eq ,NO
p
p
p
p
Kp42
2
EL EQUILIBRIO SE ALCANZA TAMBIÉN DESDE LOS
PRODUCTOS
Las reacciones químicas son reversibles
(Berthollet 1798)
Experimento [N2O4]0 [NO2]0 [N2O4]e [NO2]e Kc
1 0.0 0.0200 0.00140 0.0172 0.21
2 0.0 0.0300 0.00180 0.0243 0.21
3 0.0 0.0400 0.00452 0.0310 0.21
4 0.0200 0.0 0.00452 0.0310 0.21
EL PERFIL DE REACCIÓN
En la discusión del perfil de reacción ya discutimos la
reversibilidad de las reacciones.
Reactivos
Coordenada de reacción
E
Ea directa Ea inversa
Productos
Reactivos
La magnitud de la constante de equilibrio indica la extensión
de la reacción. Por ejemplo:
significa que en equilibrio, la cantidad de ozono(O3) es mínima
comparada con la del oxígeno. Para una concentración de
oxígeno igual a 0,1 molar la cantidad de ozono será
[ O3] = 1,98 x 10-8 mol/l
VARIABLES QUE AFECTAN EL EQUILIBRIO
QUÍMICO
PRINCIPIO DE LE CHATELIER
Concentración
Presión-volumen
Temperatura
Catalizador
Disolvente
Si un sistema en equilibrio es sometido a una condición externa
que lo modifica, éste se ajustará de forma que neutralice los
efectos de dicha modificación.
Si a un sistema que está en equilibrio se le añade más reactante
o producto, el sistema se desplazará hasta restablecer el equilibrio
consumiendo parte de lo agregado.
Caso contrario al extraer un reactante o un producto, el
sistema se desplazará para reponer dicha sustancia y restablecer el
equilibrio.
CAMBIOS EN LA CONCENTRACIÓN
Rojo amarillo pálido incoloro
• Para esta reacción en equilibrio, se pueden dar las
siguientes situaciones:
•Adicionar más NaSCN, ésto provoca un aumento de la
concentración del ión tiocianato, el sistema se desplazará hacia la
producción de reactantes, disminuyendo la concentración de
productos.
Rojo amarillo pálido incoloro
•Al adicionar ión hierro (III), el equilibrio nuevamente
se desplaza hacia reactantes para disminuir la concentración
de productos y restablecer el equilibrio.
Rojo amarillo pálido incoloro
• Al adicionar FeSCN2+ el equilibrio se desplaza hacia la producción de
productos, disminuyendo la concentración de reactantes.
En todos estos casos se ha alcanzado un nuevo equilibrio, la relación de
concentraciones de los reactantes y productos se mantiene constante. Lo
único que ha variado es la posición del equilibrio
CAMBIOS EN PRESIÓN Y VOLUMEN
Los líquidos y sólidos generalmente no son afectados por
cambios de presión y volumen.
Sin embargo los gases experimentan fuertes cambios en sus
concentraciones al cambiar estas dos variables.
Para la reacción,
el cambio de presión o volumen provoca grandes cambios en
la posición de equilibrio.
El valor de la constante de equilibrio permanece mientras no
cambie la TEMPERATURA.
En el caso de la compresión de gases por cambios de volumen o
presión lo que varía es la posición del equilibrio.
El equilibrio se desplaza para compensar el efecto sobre el
sistema.
Un aumento de presión con disminución de volumen hace que el
equilibrio se desplace hacia donde haya menor número de moles
gaseosos.
Una disminución de presión con aumento de volumen hace que el
equilibrio se desplace hacia donde haya mayor número de moles
gaseosos.
Para un sistema en equilibrio donde el número de moles gaseosos
de reactante y productos son iguales, un cambio en la presión o de
volumen no afecta la posición del equilibrio.
Un aumento en la presión del sistema no implica necesariamente un
cambio de volumen, esto sucede si usamos un gas inerte al sistema.
La presencia de un gas inerte que no reacciona con el sistema no
afecta la posición de equilibrio. (gas que no reacciona con los
reactivos).
Los cambios de presión-volumen y concentración lo que varían es la
posición del equilibrio.
EFECTOS POR LA TEMPERATURA
En los dos casos anteriores, los cambios de concentración y de
presión-volumen provocaron un desplazamiento de la posición
del equilibrio sin alterar el valor de la constante de equilibrio.
Un cambio de temperatura sí varía el valor de la constante de
equilibrio.
La constante de equilibrio es un valor termodinámico que varía
con la temperatura.
En este caso, es necesario conocer la naturaleza termodinámica
de la reacción: Reacciones exotérmicas y endotérmicas.
Para romper un enlace, hay que aportar una cantidad de energía
llamada energía de enlace
Cuanto más fuerte es el enlace, mayor es su energía de enlace
Dependiendo de la fuerza de los enlaces que se rompen y de
los enlaces que se forman, las reacciones serán endotérmicas
o exotérmicas
Una reacción es endotérmica si la energía aportada para romper
enlaces es mayor que la energía liberada al formarse nuevos
enlaces
Una reacción es exotérmica si la energía aportada para romper
enlaces es menor que la energía liberada al formarse nuevos
enlaces
CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O3 O2 (g) 2 O3 (g)
Reactivos
Enlaces rotos
Productos
Transcurso de la reacción
En
erg
ía
E1
E2
Energía neta
absorbida
Productos
Enlaces rotos
Energía neta
desprendida
C
O
Reactivos
Transcurso de la reacción
En
erg
ía
HE1
E2
Para la reacción:
Al calentar este sistema a presión y volumen constante,
cambia su equilibrio formando más productos
Esta reacción se podría escribir :
Energía +
La razón del cambio de color es debida a la variación en el valor de la
constante de equilibrio.
A diferencia de los factores de cambio de concentración y presión
(volumen), donde no varía la constante de equilibrio, en el caso de
variación de temperatura hay un cambio del valor de K.
En general un aumento de temperatura favorece las reacciones
endotérmicas, caso contrario con las reacciones exotérmicas que las
desfavorece.
ADICIÓN DE UN CATALIZADOR
• La adición de un catalítico aumenta la velocidad de un reacción.
Sin embargo afecta la velocidad de reacción directa e inversa.
Por lo tanto este efecto se anula y no tiene importancia en la posición de
equilibrio.
La adición de un catalítico (acelerador o inhibidor) no afecta al sistema en
equilibrio.
El equilibrio homogéneo se aplica a las reacciones en que
todas las especies reactivas están en la misma fase.
DISOLVENTES
Cuando se modifica el disolvente, cambia el
valor de la constante de equilibrio. En
ocasiones, al modificar el disolvente, hasta
que los productos que se obtienen de un
conjunto de reactivos cambian.
MAGNITUD DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO
Indica si la reacción en equilibrio es favorable a los
reactantes o los productos.
Si es mucho mayor que 1, el equilibrio se desplazará
hacia la formación de productos.
Si es mucho menor que 1 el equilibrio se desplazará
hacia los reactantes.
Cualquier número superior a 10 se considera que es
mucho mayor que 1 y cualquier número menor que 0,1
es mucho menor que 1.
EL PRODUCTO IONICO DEL AGUA