QUMICA 2 BACHILLERATO

TEMA 4EQUILIBRIO QUMICO

En la mayora de las reacciones qumicas la conversin de los reactivos en productos no es completa, sino que, al cabo de un cierto tiempo, ms o menos largo, se llega a un estado de equilibrio en el que coexisten determinadas cantidades de reactivos, junto con otras de productos. El conocimiento de las concentraciones de reactivos y productos que existen en el equilibrio es de un gran inters en qumica, puesto que es indispensable para calcular el rendimiento de una determinada reaccin qumica y poder saber as si puede o no ser rentable su realizacin prctica. Estos clculos, junto con el conocimiento del tiempo para llegar al equilibrio, es decir, de la velocidad de la reaccin, que hemos estudiado en el captulo anterior, constituyen la base de toda la industria qumica.

a A + b B c C + d D

vd

vi

velocidad

tiempo

vd

vi

Equilibrio vd = vi

A las reacciones que ocurren en los dos sentidos las llamamos reversibles y utilizamos una doble flecha para representarlas.

EQUILIBRIO QUMICO

Un sistema qumico alcanza el equilibrio cuando tienen lugar reacciones de sentidos opuestos y de la misma velocidad.

El equilibrio es un estado dinmico. Aunque, macroscpicamente, tenga una apariencia de estabilidad, en el nivel molecular los reactivos se estn transformando en productos y estos en reactivos, lo cual puede demostrarse experimentalmente, por ejemplo con un marcaje isotpico.

Las concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes mientras no cambien las condiciones de la reaccin.

CONSTANTE DE EQUILIBRIO

a A + b B c C + d D

vd

vi

Considerando procesos elementales:

vd = Kd[A]a [B]b y vi = Ki[C]c [D]d

En el equilibrio:

Kd[A]a [B]b = Ki[C]c [D]d

Kd [C]c [D]d Ki [A]a [B]b

=

[C]c [D]d [A]a [B]b

Kc=

Como Kc es el cociente de dos constantes de velocidad, cada una de las cuales depende de la temperatura, por lo que la constante de equilibrio tambin depende de la temperatura.

Los valores que se emplean para Kc estn relacionados con las concentraciones molares, Kc se considera adimensional, sin unidades, pero si nos las piden en algn ejercicio las calcularemos.

En la constante de equilibrio solo aparecen las concentraciones de las sustancias gaseosas o en disolucin, no as lquidos ni slidos pues sus concentraciones se consideran constantes e incluidas en Kc. La adicin o sustraccin de slido no influyen en el equilibrio.

La estequiometra de una reaccin influye sobre K, aunque las diferentes constantes se relacionan entre s.

CONSTANTE DE EQUILIBRIO

[C]c [D]d [A]a [B]b

Kc=

Kc> 1, en el equilibrio la mayora de los reactivos se han convertido en productos.

Kc, en el equilibrio prcticamente solo existen los productos.

Kc< 1, en el equilibrio la mayora de los reactivos quedan sin reaccionar, formndose solo pequeas cantidades de productos.

COCIENTE DE REACCIN

[C]c [D]d [A]a [B]b

Q =

Si no se ha alcanzado el equilibrio:

Q < Kc, predomina la reaccin hacia la derecha, hasta llegar al equilibrio.

Q = Kc, el sistema est en equilibrio.

Q > Kc, predomina la reaccin hacia la izquierda, hasta llegar al equilibrio.

En las reacciones reversibles el cociente de reaccin nos indica si la reaccin est en equilibrio y, si no lo est, el sentido en que evolucionar para alcanzarlo.

CONSTANTE DE EQUILIBRIO KP

Para los gases la condicin de equilibrio puede expresarse en funcin de las presiones parciales de los productos y reactivos elevadas a sus correspondientes coeficientes estequiomtricos.

PCc PDd PAa PBb

KP=

RELACIN ENTRE KP Y KC

KP = KC (RT)n

PCc PDd PAa PBb

KP=

=

nDRT d V

nCRT c V

nART a V

nBRT b V

=

[C]c(RT)c [D]d(RT)d

[A]a(RT)a [B]b(RT)b

=

=

KC (RT)n

[C]c[D]d

[A]a[B]b

(RT)(c+d-a-b)

=

GRADO DE DISOCIACIN

El grado de disociacin () es la fraccin de mol que se ha disociado o reaccionado cuando se alcanza el equilibrio.

=

xn

=

xc

x = n de moles o moles/Litro n = moles inicialesc = moles/Litro iniciales

A 2B

c inicial:c0

c en el equilibrio:c - c2 c

c (1 - )

EQUILIBRIOS HETEROGNEOS

Equilibrios en los que participan especies qumicas que se encuentran en ms de una fase.

Cuando en una reaccin intervienen slidos o lquidos puros, sus concentraciones no se incluyen en la expresin de la constante de equilibrio

PRINCIPIO DE LE CHATELIER

Un sistema en equilibrio responde a cualquier accin exterior que lo altere, alcanzando un nuevo estado de equilibrio que contrarreste dicha perturbacin.

El principio de Le Chatelier nos permite predecir cul ser el sentido del desplazamiento del equilibrio de un modo cualitativo. Decimos que el equilibrio se desplaza hacia la derecha o hacia los productos cuando, para alcanzar el nuevo estado de equilibrio, los reactivos reaccionan dando lugar a una cantidad mayor de los productos.Se desplazar hacia la izquierda o hacia los reactivos cuando los productos reaccionen para originar ms cantidad de reactivos.

PRINCIPIO DE LE CHATELIER

Cambios en la concentracin

La variacin de la concentracin de un componente es seguida por un desplazamiento del equilibrio en el sentido que se consuma el componente si su concentracin aumenta o en el que se obtenga si su concentracin disminuye.

PRINCIPIO DE LE CHATELIER

Cambios en la presin

Aadiendo o eliminando un componente: Desplazamiento igual que con el cambio de la concentracin.

Aadiendo un gas inerte: No se modifica.

Modificando el volumen:

- Disminucin del V: desplazamiento hacia la disminucin de moles gaseosos.- Aumento del V: desplazamiento hacia el aumento de moles gaseosos.

PRINCIPIO DE LE CHATELIER

Cambios en la temperatura

Aumento de T

Disminucinde T

Desplazamiento hacia la absorcin de calor.

Desplazamiento hacia desprendimiento de calor.

Derecha en endotrmicas

Izquierda en exotrmicas

Izquierda en endotrmicas

Derecha en exotrmicas

PRINCIPIO DE LE CHATELIER

Adicin de un catalizador

No modifica el estado de equilibrio, s el tiempo que tarda en alcanzarse.

EQUILIBRIOS DE PRECIPITACIN

REACCIONES EN DISOLUCIN ACUOSA

PRECIPITADO: fase slida de un compuesto inico poco soluble.

El slido estar en equilibrio con una disolucin muy diluida de sus iones.

La disolucin resultante decimos que est saturada, y a la concentracin de ese soluto se le denomina solubilidad de esa sustancia.

EQUILIBRIOS DE PRECIPITACIN

PRODUCTO DE SOLUBILIDAD

Am Bn(s) mAn+(dis) + nBm-(dis)

Ks = [An+]m [Bm-]n

EXPRESIN DE LA SOLUBILIDAD

Am Bn(s) mAn+(dis) + nBm-(dis)

ms

ns

Ks = (ms)m (ns)n = mmnn s(m+n)

s = (Ks /mmnn) 1/(m+n)

Cul es la solubilidad del AgCl sabiendo que su producto de solubilidad es 2,8 10-10?

AgCl(s) Ag+(dis) + Cl-(dis)

Ks = [Ag+][Cl-] = S S = S2

S = Ks = 2,8 10-10 = 1,67 10-5

PbCl2(s) Pb2+(dis) + 2Cl-(dis)

Ks = [Pb2+][Cl-]2 = S (2S)2 = S 4S2 = 4S3

S =

Ks4

3

EFECTO DE ION COMN

Al aumentar la concentracin de uno de los iones que forman el precipitado, la concentracin del otro debe disminuir para que Ks permanezca constante.

Este efecto es de gran utilidad en anlisis qumico y se usa para reducir la solubilidad de muchos precipitados, o para precipitar totalmente un ion usando un exceso de agente precipitante.

EFECTO DE ION COMN

Supongamos una disolucin del compuesto insoluble Am Bn

Am Bn(s) mAn+(dis) + nBm-(dis)

Si se adiciona Bm- hasta una concentracin x

[An+]= mS [Bm-] = nS + x

Si x >> nS [Bm-] x

Ks = (mS)m xn = mm Sm xn

Ksmm xn

S =

m

FORMACIN DE PRECIPITADOS

Cuando se mezclan dos disoluciones con iones que pueden dar lugar a un compuesto insoluble, se formar o no ste, dependiendo de las concentraciones actuales de los iones que forman la sustancia insoluble.

Para saber si se formar precipitado:

1. Se calcula el producto inico tras la mezcla: [An+]m [Bm-]n

2. Se compara con Ks:Si [An+]m [Bm-]n > Ks, se formar precipitado.Si [An+]m [Bm-]n < Ks, no se formar precipitado.

Si el producto inico fuese igual a Ks se formara una disolucin saturada.

Ver problema 44.

DISOLUCIN DE PRECIPITADOS

La solubilidad de un compuesto insoluble puede aumentar por medio de la ejecucin de diversos tipos de reacciones en las disoluciones saturadas de los compuestos insolubles. Entre ellas, podemos citar las reacciones cido-base, precipitacin,complejacin y redox.

DISOLUCIN DE PRECIPITADOS

Fe(OH)3(s) Fe3+(dis) + 3OH-(dis)

Si se adiciona un cido (H+), reaccionar con la base presente:

OH- + H+ H2O

Con lo que el equilibrio se desplazar hacia la derecha para restablecer la concentracin de iones OH- del medio, disolvindose ms precipitado.

Lo mismo ocurrira con un carbonato insoluble al aadir cido, al formarse el bicarbonato soluble.

ORDEN DE PRECIPITACIN

En una disolucin que contiene dos iones con cargas de igual signo, si se adiciona una disolucin de otro ion que pueda formar sales insolubles con los existentes, es de inters, conocer cul de los iones inicialmente presentes empieza a precipitar primero.

Si a una disolucin con Aa+ y Bb+ se aade Cc- de forma que:

[Aa+]= x, [Bb+]= y, [Cc-]= z

Las reacciones que pueden ocurrir son:

c Aa+ (dis) + a Cc- (dis) AcCa (s)

c Bb+(dis) + b Cc- (dis) BcCb (s)

La condicin que debe probarse para averiguar que ion precipita primero es:Aquel que necesita menos concentracin de Cc- para alcanzar el producto de solubilidad

CRDITOS IMGENES:- Foto portada: Ciencia de Alby Martin en flickr, alguno derechos reservados.