Clase 7 Equilibrio Químico - U

Equilibrio dinámico
• Presión de vapor de un líquido (la
velocidad de vaporización se iguala a la
velocidad de evaporación
• Saturación de una disolución (la
velocidad de disolución se iguala a la
velocidad de cristalización)
• Distribución de un soluto en dos líquidos
inmiscibles (velocidad con que pasa de
un líquido a otra y viceversa se igualan)
La presión de vapor, la solubilidad y el
coeficiente de distribución son ejemplos de equilibrios dinámicos.
Para cada uno de estos equilibrio se
establece una magnitud (constante de
equilibrio), que relaciona a ambos
estados
CO( g )  2H 2( g ) 
 CH3OH ( g )
Ex perimento 1
C ant idad inici
al
CO(g)
H 2 (g)
CH
3 OH(g)
1,000
1 ,000
0, 000
Cantidad en el equ
i librio
0,911
0,822
0,0892
[ ] en el equilibrio
; mol/L
0,0911
0,0822
0,0892
0,000
0 ,000
1, 000
0,753
1,506
0,247
0 ,0753
0,151
0,0247
1,000
1 ,000
1 ,000
1 ,380
1,760
0,620
0,138
0,176
0,0620
Ex perimento
2
C ant idad inici
al
Cantidad en el equ
i librio
[ ] en el equilibrio
Ex perimento
3
C ant idad inici
al
Cantidad en el equ
[ ] en el equilibrio
i librio
K eq

CH OH 

CO * H 
3
(g)
2
(g)
2( g )
0,0892
Experiment o 1 : K eq 
 14,5
2
0,0911* 0,0822 
0,0246
Experiment o 2 : K eq 
 14,5
2
0,0753 * 0,151
0,0620
Experiment o 3 : K eq 
 14,5
2
0,138 * 0,176 
Generalizaciones de Keq
• Son adimencionales, en rigor corresponden a las actividades.
• Los sólidos y líquidos de un solo
componente no se expresan en la Keq
• Kp, Kc
CaCO3( s ) 
 CaO( s )  CO2( g )  K c  CO2 
 K c   H 2O( g ) 
H 2O(l ) 
 H 2O( g )
 SO3 
2
2SO2 ( g )  O2 ( g ) 
 2SO3( g )  K c 
PV  nRT 
 SO2  O2 
2
P
n

RT V
2
 PSO3 
2


PSO3
RT 
 2 1  2 

Kc 

*
RT
2
2
 PSO2   PO2 
PSO2
PO2

 

RT
RT

 


P 


* RT 
P  P 


 
2
Kc
SO3
2
SO2
O2
P 


* RT
P  P 
2
2 1  2 
SO3
2
SO2
K c  K p * RT 1  K p  K c * RT 1
Generalizando :
n  n
K p  K c * RT  p  r  K p  K c * RT n
O2
1
Predicción del sentido de una
reacción: Q
CO( g )  2H 2( g ) 
 CH3OH ( g )
Ex perimento 1
CO(g)
H 2 (g)
CH 3 OH(g)
C ant idad inici al
1,000
1 ,000
0, 000
Cantidad en el equ
i librio
0,911
0,822
0,0892
[ ] en el equilibrio
; mol/L
0,0911
0,0822
0,0892
0,000
0 ,000
1, 000
0,753
1,506
0,247
0 ,0753
0,151
0,0247
1,000
1 ,000
1 ,000
1 ,380
1,760
0,620
0,138
0,176
0,0620
Ex perimento
2
C ant idad inici al
Cantidad en el equ
i librio
[ ] en el equilibrio
Ex perimento
3
C ant idad inici al
Cantidad en el equ
[ ] en el equilibrio
i librio
Predicción del sentido de una
reacción: Q
Experimento 1 : Q1 
Experimento 2 : Q2 
Experimento 3 : Q3 
0, 000
0,100*  0,100 
 0  0  14,5  Q1  K eq
2
0,100
0, 000*  0, 000 
2
0,100
0,100*  0,100 
2
     14,5  Q2  K eq
 100  100  14,5  Q3  K eq
Principio de Le Chatelier
Cuando un sistema en equilibrio es sometido a
una modificación de la temperatura, la presión o
la concentración que lo saca de la condición de
equilibrio, el sistema responde de manera de
alcanzar nuevamente la condición de equilibrio.
De tal manera que contrarresta el efecto de la
modificación
2SO2( g )  O2( g ) 
 2SO3( g )
Kc  2,8*10 a cierta T
2
Modificación de la concentración
2SO2( g )  O2( g ) 
 2SO3( g )
Modificación de la presión o el volumen
1. Añadiendo o extrayendo un reaccionante o producto gaseoso. Caso del SO3
2. Añadiendo un gas inerte a la mezcla de reacción a
volumen constante. Se modifica la presión total, las
presiones parciales de los reaccionantes no se
alteran, no hay efecto sobre el equilibrio.
3. Modificando la presión por cambio de volumen del
sistema:
– Si disminuye el volumen: donde aumente n
– Si aumenta el volumen: donde disminuya n
Efecto de la temperatura
El aumento de la temperatura: el sistema
desplaza en el sentido de la reacción
endotérmica.
La disminución de la temperatura: el sistema
desplaza en el sentido de la reacción
exotérmica.
El principal efecto es la modificación del
valor de la constante de equilibrio
Efecto de un catalizador
La función de un catalizador es la
sustitución de una camino de reacción
por otro con una energía de activación
menor.
Un catalizador no modifica la situación de
equilibrio de una reacción reversible
Relación entre ΔG y
0
ΔG
• ΔG0 = ΔH0 - TΔS0 y ΔG = ΔH – TΔS
• Para un gas ideal el ΔH depende sólo
de la temperatura y es independiente
de la presión, por tanto, ΔH = ΔH0.
ΔG = ΔH0 – TΔS
Para la expansión isotérmica de un
mol de gas ideal:
qrev   w  w  RT ln
Vf
Vi
Vf
qrev
si S 
 S  R ln
T
Vi
Pf
1
P  nRT  S   R ln
V
Pi
S  S f .  Si  S  S   R ln
0
S  S  R ln
Pf
S  S  R ln
Pf
0
0
Pi
P
S  S  R ln Pf
0
0
Pf
Pi
 S  S  R ln
0
 S  S  R ln
0
Pf
P
0
Pf
1
N 2( g )  3H 2( g )  2 NH 3( g )
S NH 3  S
0
NH 3
S N2  S
0
S N2  S
0
 R ln PNH 3
N2
 R ln PN2
H2
 R ln PH 2
ΔS reacc  2S NH 3  (S N 2  3S H 2 )
S NH3  S 0 NH 3  R ln PNH3
S N 2  S 0 N 2  R ln PN 2
S N 2  S 0 H 2  R ln PH 2
ΔS reacc  2( S 0 NH3  R ln PNH3 )  ( S 0 N2  R ln PN2  3( S 0 H 2  R ln PH 2 ))
ΔS reacc  2S 0 NH3  S 0 N2  3S 0 H 2  2 R ln PNH3  R ln PN 2  3R ln PH 2
ΔS reacc  ΔS 0 reacc  R ln
PN2 * P 3 H 2
P 2 NH3

G  H 0  T S
2

P
NH 3
G  H 0  T  ΔS 0 reacc  R ln

PN2 * P 3 H 2

2
P
NH 3
G  H 0  TΔS 0 reacc  RT ln
PN2 * P 3 H 2
G  G  RT ln
P 2 NH3
0
PN2 * P 3 H 2
G  G 0  RT ln Q



ΔG y K eq
0
En el equilibrio G  0 y Q  K eq
0  G  RT ln K eq
0
G 0   RT ln K eq
K eq  e
G0
 RT
K eq  10
G0
 2,303*R*T
Cambio Químico
G  0  proceso espontáneo
G 0  0  proceso espontáneo con reactivos y productos en condiciones estándar
G  0  en equilbrio en las condiciones indicadas
G 0  0  en equilbrio en las condiciones estándar para reactivos y productos
G  0  proceso no espontáneo
G 0  0  proceso no espontáneo para condiciones estándar de reactivos y productos
G  G 0  cuando reactivos y productos están en condiciones estándar
ΔG K eq y Temperatura
0
G   RT ln K eq y ΔG  ΔH  TS
0
0
  RT ln K eq  ΔH  TS 0
0
 ΔH
S 0
ln K eq 

RT
R
para dos situacion es 1 y 2 :
0
ln
K eq2
K eq1
ΔH

R
0
1 1
  
 T1 T2 
0
0
 RT ln K eq  H  T S
0
H 1 S

* 
R T
R
0
ln K eq
0
y ( x)  m * x  b
0