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Equilibrio QuímicoEquilibrio Químico
QUIMICA APLICADAQUIMICA APLICADAII22 + H + H22 2 HI 2 HI
Equilibrio QuímicoEquilibrio Químico
¿¿Cuando un Cuando un sistema está en sistema está en
equilibrio?equilibrio?
Cuando está en un estado donde no es Cuando está en un estado donde no es posible ningún cambio sin que haya posible ningún cambio sin que haya
cambios netos en el entorno.cambios netos en el entorno.
aA + bB cC + dDaA + bB cC + dD
Concentraciones en el equilibrioConcentraciones en el equilibrio
Región de concentraciones Región de concentraciones constantesconstantes
Velocidad de Reacción DirectaVelocidad de Reacción Directa
aA + bB cC + dDaA + bB cC + dDκκdd
κκii
VVdd = = κκ dd .[A] .[A] aa . [B] . [B] bb
Velocidad de Reacción InversaVelocidad de Reacción Inversa
VVii = = κκ ii .[C] .[C] cc . [D] . [D] dd
En la zona de equilibrio Vd = ViEn la zona de equilibrio Vd = Vi entoncesentonces
κκ dd .[A] .[A] aa . [B] . [B] bb = = κκ ii .[C] .[C] cc . [D] . [D] ddPor lo quePor lo que
κκ dd [C] [C] cc . [D] . [D] dd
κκ ii [A] [A] aa . [B] . [B] bb==κκ dd [C] [C] cc . [D] . [D] dd
κκ ii [A] [A] aa . [B] . [B] bb== ==KKcc
KKcc = Constante de Equilibrio = Constante de Equilibrio
En definitiva, es una clase especial de reacción química que En definitiva, es una clase especial de reacción química que
nunca llega a completarse: nunca llega a completarse: se produce simultáneamente en se produce simultáneamente en
ambos sentidosambos sentidos (los reactivos forman productos, y a su vez, (los reactivos forman productos, y a su vez,
éstos forman de nuevo reactivos). éstos forman de nuevo reactivos).
Es decir, se trata de un Es decir, se trata de un sistema dinámicosistema dinámico..
Veamos un ejemploVeamos un ejemplo
Una mezcla de Iodo (IUna mezcla de Iodo (I22) e Hidrógeno (H) e Hidrógeno (H22) forma, mediante ) forma, mediante
una reacción en equilibrio ácido Yodhídrico (HI).una reacción en equilibrio ácido Yodhídrico (HI).
II2 (g)2 (g) + H + H2 (g)2 (g) 2 HI 2 HI (g) (g) Kc Kc [H I] [H I] 2 2
[I [I22] . [H] . [H22]]==
Significado del valor de KcSignificado del valor de Kc
Tres situaciones posibles:Tres situaciones posibles:La La KK > > 1 entonces: 1 entonces: [[productosproductos]] > > [[reactivosreactivos]] Favorable para productos Favorable para productosLa La K K ≈≈ 1 entonces 1 entonces [[productosproductos]] ≈≈ [[reactivosreactivos]]..La La K K < < 1 entonces 1 entonces [[productosproductos]] < < [[reactivosreactivos]]: Desfavorable para productos.: Desfavorable para productos.
Conociendo el valor de la constante de equilibrio se puede juzgar Conociendo el valor de la constante de equilibrio se puede juzgar cualitativamente en que forma se desplaza la reacción antes de alcanzar cualitativamente en que forma se desplaza la reacción antes de alcanzar el equilibrio, es decir si la reacción es o no favorable para la obtención el equilibrio, es decir si la reacción es o no favorable para la obtención de productos.de productos.
Clases de Clases de Equilibrios
Reactivos y Reactivos y Productos en Productos en
la misma fasesla misma fases
2CO2CO(g)(g) + O + O2(g)2(g) ↔ 2CO↔ 2CO2(g)2(g)
Reactivos y Reactivos y Productos en Productos en
diferente fasesdiferente fases
Los Productos Los Productos participan en participan en
otro equilibriootro equilibrio
CaCOCaCO3(s)3(s)↔ CO↔ CO2(g)2(g) + CaO + CaO(s)(s)A ↔ BA ↔ BB ↔ CB ↔ C
HomogéneosHomogéneos MúltiplesMúltiplesHeterogéneosHeterogéneos
Kc = Kc = [CO[CO22]] Kc = K’Kc = K’11 . K” . K”22
Kc Kc [CO[CO22]]22
[CO] [CO]22 . [O . [O22]]==
Relación entre Kc y Kp
Kc [B] b
[A]a=
En función de sus presiones parciales
Kp PBb
PAa =
PA . V nA . R . T =
Supongamos la siguiente reacción aA(g) ↔ bB(g)
Si tenemos que PB . V nB . R . T =y
Reemplazando en Kp
Kp Kc (RT)Δn=
nBRT V [B]b
Kp (RT)(b-a)
nART [A]a
V
=
[
[
]
]
b
a=
Resumen de las reglas para escribir K
* Concentraciones en mol/L (Kc) o en atm (Kp)
* Sólidos puros, Líquidos puros y disolventes no aparecen en la expresión de K
* Tanto Kp como Kc son adimensionales
* Al expresar el valor de Kp o Kc, hay que especificar la ecuación balanceada y la temperatura
* Si una reacción representa la suma de varias reacciones, la constante de equilibrio para la reacción global se expresa como el producto de cada constante de equilibrio.
K global = K’.K”.Kn.
* Si para una reacción de izquierda a derecha se define Kp o Kc, para la reacción de derecha a izquierda será 1/Kp o 1/Kc.
Veamos un ejemplo:Veamos un ejemplo:Una mezcla de 0,5 moles de IUna mezcla de 0,5 moles de I22 y de 0,5 moles de H y de 0,5 moles de H22 son colocados en son colocados en
un recipiente de 1 L a 430 °C. Si Kc = 54,3 calcule la concentración un recipiente de 1 L a 430 °C. Si Kc = 54,3 calcule la concentración de Hde H22, I, I22 y HI en el equilibrio. y HI en el equilibrio.
II22 + H + H22 ↔ 2HI↔ 2HI
0,5 0,5 0,00,5 0,5 0,0
-x -x +2x-x -x +2x
0,5-x 0,5-x +2x0,5-x 0,5-x +2x
Kc = Kc = [HI][HI]22 // [I [I22] . [H] . [H22]]
54,3 = 54,3 = [2x][2x]22 // [0,5-x] . [0,5-x] [0,5-x] . [0,5-x]
54,3 = 54,3 = [2x][2x]22 // [0,5-x] [0,5-x]22
7,37 = 2x / 7,37 = 2x / [0,5 - x][0,5 - x] x = 0,393 Mx = 0,393 M
De esta manera:De esta manera:
VerificarVerificar
[H[H22] = (] = (0,5 – 0,393) = 0,5 – 0,393) = 0,107 M 0,107 M
[I[I22] = (] = (0,5 – 0,393) = 0,5 – 0,393) = 0,107 M0,107 M
[HI] = ([HI] = (2 . 0,393) = 2 . 0,393) = 0,786 M 0,786 M
Principio de Le ChPrincipio de Le Chââteliertelier
· Si se aplica una perturbación externa sobre un sistema en equilibrio, el sistema se ajusta hacia una nueva posición de equilibrio. · Una vez que la perturbación cesa, el sistema tiende naturalmente a volver al equilibrio inicial.
Factores que afectan el equilibrio
Cambio en la concentración
Cambio en el V y la P
Cambio en la Temperatura
Agregado de un catalizador
(1850-1936)
Cambios en la ConcentraciónCambios en la Concentración
↑↑ [R][R] [P] [P]
[R][R] ↑↑ [P] [P]
El valor de K El valor de K nono se se modificamodifica
2 H2 H2(g)2(g) + O + O2(g)2(g) ↔ 2 H↔ 2 H22OO(g)(g)
Para saber si la Para saber si la reacción alcanzó reacción alcanzó
el equilibrioel equilibrio
Si Q < KcSi Q < Kc
Si Q > KcSi Q > Kc
Si Q = KcSi Q = Kc
R PR P
Sistema en equilibrioSistema en equilibrio
R PR P
Medir la Medir la [R] y de [P][R] y de [P]
Q Q [H[H22O]O]22
[H[H22]]22 . [O . [O22]]==
Cociente de la reacciónCociente de la reacción
Cambios en el V o en la PCambios en el V o en la P
El equilibrio se El equilibrio se desplaza hacia donde desplaza hacia donde
hay menos moleshay menos moles
↓↓ V V ↑↑ P P ↑↑ [P] [P]
↑ ↑ [R][R] ↑ ↑ V V ↓↓ P P
El valor de K El valor de K nono se modificase modifica
Si Si ΔΔn = 0 : no hay n = 0 : no hay desplazamientodesplazamiento
2 H2 H2(g)2(g) + O + O2(g)2(g) ↔ 2 H↔ 2 H22OO(g)(g)
Agregado de un catalizadorAgregado de un catalizador Aumento de la VAumento de la Vdd y la V y la Vi i
en la misma magnituden la misma magnitud
El valor de K El valor de K nono se modificase modifica
No se altera la posición de No se altera la posición de equilibrio pero se llega más equilibrio pero se llega más
rápido al equilibriorápido al equilibrio
Agregado de un gas Inerte:Agregado de un gas Inerte: 2 H2 H2(g)2(g) + O + O2(g)2(g) ↔ 2 H↔ 2 H22OO(g)(g)
Aumento de la Presión total del Sistema
Disminución de la Fracción Molar de cada gas
Y como Ppx = PT . Xx
El efecto neto es que el equilibrio no se ve afectado por el agregado de un gas inerte
Δn de productos ≠ Δn de reactivos
El valor de K El valor de K nono se modificase modifica
Ppx permanece constante
Cambios en la temperaturaCambios en la temperatura
NN22OO4(g)4(g) ↔ 2 NO↔ 2 NO2(g)2(g) ΔΔH = 58 kj/molH = 58 kj/mol
Si la temperatura Si la temperatura se modifica se modifica
El valor de K El valor de K se modificase modifica
y y ΔΔH es + (endo)H es + (endo)
y y ΔΔH es –H es – (exo) (exo)
El valor de Kc El valor de Kc ↑↑
El valor de Kc El valor de Kc ↓↓
La temperatura es la única variable que modifica el valor de KcLa temperatura es la única variable que modifica el valor de Kc
Por ejemplo, si la temperatura aumenta:Por ejemplo, si la temperatura aumenta:
Kc = k Kc = k dd/k /k ii
VVdd y la V y la Vi i se modifican se modifican
enen diferente magnituddiferente magnitud
Termodinámica y equilibrioTermodinámica y equilibrio
En el equilibrio: ΔG = 0 y Q = KΔG = ΔG° – R T ln Q
Relación entre ΔG° y K
K ln K ΔG° Comentarios
>1 + -
=1 0 0
<1 - +
Los productos predominan sobre los reactivos en el equilibrio
En el equilibrio, cuando [C]c[D]d .. = [A]a[B]b ..
(muy raro)
ΔG° = – R T ln K
- Si todos los reactivos y productos son - Si todos los reactivos y productos son gaseosos, K representa Kp.gaseosos, K representa Kp.-Si todos los reactivos y productos están Si todos los reactivos y productos están en solución, K representa Kc.en solución, K representa Kc.-Si los reactivos y productos están en Si los reactivos y productos están en solución y gaseosos, K representa Ksolución y gaseosos, K representa Kequilibrioequilibrio
Los reactivos predominan sobre los productos en el equilibrio
Equilibrios Ácido-BaseEquilibrios Ácido-Base
Propiedades ácido-base del agua::
ÁcidoÁcido: toda sustancia capaz de : toda sustancia capaz de donar protonesdonar protones o recibir electrones. o recibir electrones.
BaseBase: toda sustancia capaz de : toda sustancia capaz de recibir protonesrecibir protones o donar electrones. o donar electrones.
Electrolito débilElectrolito débilMal conductor Mal conductor
de la electricidadde la electricidad
Se comporta como una base frente a ácidosSe comporta como una base frente a ácidos
Se comporta como una ácido frente a basesSe comporta como una ácido frente a bases
Autoionización HH22OO(l)(l) ↔ H↔ H++(ac)(ac) + OH + OH--
(ac)(ac)
Si escribimos KcSi escribimos Kc
Kc = Kc = [H[H++] . [OH] . [OH--]]Kc se denomina “constante del
producto iónico”
En el agua pura y a 25°C Kc = 10-14
Kc = Kc = [10[10-7-7] . [10] . [10-7-7]]
Números muy pequeños
En 1909 propone utilizar escala logarítmica
(1868-1939)
Soren SorensenSoren Sorensen
pH = - log pH = - log [H[H++] ]
Soluciones ácidas: Soluciones ácidas: [H[H++]>10]>10-7-7 entonces pH < 7 entonces pH < 7
Soluciones neutras: Soluciones neutras: [H[H++]=10]=10-7-7 entonces pH =7 entonces pH =7
Soluciones bàsicas: Soluciones bàsicas: [H[H++]<10]<10-7-7 entonces pH > 7 entonces pH > 7
HH22OO(l)(l) ↔ H↔ H++(ac)(ac) + OH + OH--
(ac)(ac)
De manera análogaDe manera análoga
pOHpOH-- = - log = - log [HO[HO--] ]
Soluciones ácidas: Soluciones ácidas: [HO[HO--] >10] >10-7-7 entonces pOH< 7 entonces pOH< 7
Soluciones neutras: Soluciones neutras: [HO[HO--]=10]=10-7-7 entonces pOH=7 entonces pOH=7
Soluciones bàsicas: Soluciones bàsicas: [HO[HO--]<10]<10-7-7 entonces pOH> 7 entonces pOH> 7
pKc = pH + pOHpKc = pH + pOH 14 = pH + pOH»»
La concentración de iones OHLa concentración de iones OH-- en una solución limpiadora es de en una solución limpiadora es de 0,0025 M. Calcula la concentración de H0,0025 M. Calcula la concentración de H++ y su pH. y su pH.
Veamos un ejemplo:Veamos un ejemplo:
[H[H++] = Kw / [OH] = Kw / [OH--]] = 10 = 10 -14-14 / 0,0025 / 0,0025 = 4 x 10= 4 x 10-12 -12 MM
pH = 11,4pH = 11,4