UNIDAD X EQUILIBRIO QUIMICO QUIMICA-CPAM. FCM 2019 ¿Qué es equilibrio? Equilibrio: es un estado en el cual no se observan cambios a medida que transcurre el tiempo. Química. CPAM- 2019 Pero…. Cuando hablamos de EQUILIBRIO FISICO??? EQUILIBRIO QUIMICO??? Química. CPAM- 2019 Equilibrio Físico, se alcanza cuando: • Una sustancia coexiste en dos estados físicos diferentes dado que el número de moléculas que cambian de un estado a otro en ambos sentidos es el mismo. • Ej 1: equilibrio entre agua líquida y vapor de agua a 100°C y 1 atm Equilibrio físico H2O (l) • H2O (g) Ej 2: equilibrio entre hielo y agua líquida a 0°C y 1 atm Equilibrio químico, se alcanza cuando: • Los reactivos se transforman en productos con la misma velocidad que los productos vuelven a transformarse en reactivos. • La concentración de los reactivos y productos permanece constante. Equilibrio químico R P El equilibrio químico se da solamente en reacciones reversibles Química. CPAM- 2019 Reacciones reversibles vs irreversibles Na + Cl HCl AcH NaCl H+ + Cl- Reacciones irreversibles Ac- + H+ Reacciones A + B C + D reversibles Química. CPAM- 2019 Reacciones reversibles Reacción directa. kd R ki P Reacción inversa Vd Vi Aplicando la ley de la velocidad…. kd . [R] ki . [P] Química. CPAM- 2019 Equilibrio en reacciones reversibles R Vd Vi = 0 R P Vd >>> R P Vd >> R P Vd > Vi R P Vd = Vi Vi Vi Química. CPAM- 2019 Equilibrio en reacciones reversibles R Vd Vi = 0 R P Vd >>> R P Vd >> Vi Vi EQUILIBRIO QUIMICO R P Vd > Vi R P Vd = Vi Química. CPAM- 2019 Reacción reversible en EQUILIBRIO R Vd kd . [R]e kd P ki = = kd Vi ki . [P]e [P ]e = ki Keq [R ]e Química. CPAM- 2019 Equilibrio en reacciones reversibles R Vd kd . [R]e kd P ki = = kd Vi ki . [P]e [P ]e = ki Keq [R ]e Química. CPAM- 2019 Equilibrio en reacciones reversibles R P kd . [ R ]e = 10 . 2 = kd ki . [P ]e 1 . 20 [ P ]e = ki 10 1 Keq [ R ]e = 20 2 = 10 Química. CPAM- 2019 Conclusión R kd . [ R ]e P = ki . [P ]e Si kd > ki [P ]e > [R ]e Keq > 1 Si kd < ki [P ]e < [R ]e Keq < 1 Si kd = ki [P ]e = [R ]e Keq = 1 Estas generalizaciones se aplican solamente si la reacción es “unimolecular” en ambos sentidos. Química. CPAM- 2019 Para la reacción: aA + bB cC c d a b + dD a b [C]e [D]e Keq = [A]e [B]e Si kd > ki Si kd < ki Si kd = ki c d [C]e [D]e > [A]e [B] e Keq > 1 c d a b Keq < 1 c d a b Keq = 1 [C]e [D]e < [A]e [B] e [C]e [D]e = [A]e [B] e Conclusión • Una reacción química ha alcanzado el equilibrio cuando las concentraciones de todos los reactivos y productos permanecen constantes, a una cierta temperatura. • En el equilibrio, las velocidades de las reacciones directa e inversa son iguales. Química. CPAM- 2019 Equilibrio químico Caso 1 [P]e >> [R]e Caso 2 [R]e >> [P]e Caso 3 [R]e = [P]e ……. Pero en cualquiera de los casos se cumple que ……… Química. CPAM- 2019 Equilibrio químico Ley de acción de masas La ley de acción de masas expresa la relación entre las concentraciones de los productos y los reactivos presentes en el equilibrio para una reacción determinada. Para la reacción: aA + bB La ley de acción de masas se expresa: cC + dD K= [C]ec [D]ed [A]ae [B]be El cociente K es la constante de equilibrio Química. CPAM- 2019 [C]c[D]d K= a b [A] [B] aA + bB cC + dD Ley de acción de masas Si K >> 1 Se favorece la formación de productos Si K << 1 Se favorece la formación de reactivos Equilibrio químico – Ejemplo 1 N2O4 (g) K= [NO2]2 [N2O4] 2NO2 (g) = 4.63 x 10-3 Química. CPAM- 2019 N2O4 (g) 2NO2 (g) equilibrio equilibrio equilibrio Empieza con NO2 Empieza con N2O4 Empieza con NO2 y N2O4 Química. CPAM- 2019 constante N2O4 (g) 2NO2 (g) Equilibrio químico – Ejemplo 2 N2(g) + 3 H2 (g)→ 2 NH3(g) Equilibrio Concentración Concentración Equilibrio Tiempo Tiempo Química. CPAM- 2019 Equilibrio químico – Ejemplo 2 N2(g) + 3 H2 (g)→ 2 NH3(g) K= [NH3]2 [N2 ] [H2 ]3 Conociendo la ecuación química balanceada de una reacción que llega al equilibrio, es posible escribir la expresión de la Keq, aun desconociendo el mecanismo de reacción. La expresión de la Keq solo depende de la ESTEQUIOMETRIA de la reacción, NO DEL MECANISMO Química. CPAM- 2019 Formas de expresar la Keq: Kc y Kp Kc: Equilibrio expresado en término de concentraciones molares de reactivos y productos. Kp: Equilibrio expresado en término de presiones parciales de reactivos y productos (solo gases). Química. CPAM- 2019 Química. CPAM- 2019 En general, para una reacción: aA (g) + bB (g) Kc = [C]c [D]d [A]a [B]b cC (g) + dD (g) Kp = (PD )d (PC)c (PA)a (PB)b Kp = Kc (RT)Dn Dn = moles de productos gaseosos – moles de reactantes gaseosos = (c + d) – (a + b) Ejemplo de Kc y Kp para una reacción N2O4 (g) Kc = [NO2]2 [N2O4] 2NO2 (g) Kp = (PNO2) 2 P N2O4 En la mayoría de los casos: Kc Kp Química. CPAM- 2019 Constantes de equilibrio y unidades ¿Por qué la Keq es adimensional?. Porque en realidad la Keq es el cociente entre las “actividades” de productos y reactivos, y no de las “concentraciones”. Actividad de una sustancia es el cociente entre la concentración o presión de dicha sustancia y la concentración o presión estándar. Química. CPAM- 2019 Constantes de equilibrio y unidades Para los sólidos y líquidos puros: Actividad = 1 Para una sustancia en solución diluída: Actividad = concentración En la práctica se utilizarán concentraciones o presiones en lugar de actividades, y se considerará a la Keq como adimensional. Química. CPAM- 2019 Formas de expresar la constante de equilibrio Según el caso, la Keq puede expresarse en términos de: •Concentraciones •Número de moles •Presiones Química. CPAM- 2019 Equilibrio homogéneo y heterogéneo Equilibrio homogéneo: Se aplica a las reacciones donde todas las especies reaccionantes se encuentran en la misma fase. Equilibrio heterogéneo: Se aplica a las reacciones donde los reactivos y productos se encuentran en distintas fases. Química. CPAM- 2019 Equilibrio homogéneo- Ejemplo CH3COOH (ac) + H2O (l) [CH3COO-][H3O+] Kc‘ = [CH3COOH][H2O] [CH3COO-][H3O+] K´c x [H2O] = [CH3COOH] Kc = Kc‘ [H2O] CH3COO- (ac) + H3O+ (ac) [H2O] = constante = Kc La constante de equilibrio es adimensional Química. CPAM- 2019 Ejercicio I. Serie I Las concentraciones de equilibrio de la reacción entre monóxido de carbono y cloro molecular para formar COCl2 (g) a una temperatura de 74°C son: [CO] = 0.012 M, [Cl2] = 0.054 M, y [COCl2] = 0.14 M. Calcular las constantes de equilibrio Kc y Kp. CO (g) + Cl2 (g) COCl2 (g) 0.14 Kc = [COCl2] = = 220 [CO][Cl2] 0.012 x 0.054 Dn = 1 – 2 = -1 Kp = Kc(RT)Dn R = 0.0821 T = 273 + 74 = 347 K Kp = 220 x (0.0821 x 347)-1 = 7.7 Química. CPAM- 2019 Ejercicio II. Serie I La constante de equilibrio Kp para la reacción 2NO2 (g) 2NO (g) + O2 (g) es 158 a una temperatura de 1000K. ¿Cuál es la presión de equilibrio del O2 si la PNO2 = 0.400 atm y la PNO = 0.270 atm? 2 PNO . PO 2 Kp = PNO 22 PO 2 = K p PNO 22 PNO 2 PO 2 = 158 x (0.400)2/(0.270)2 = 347 atm Química. CPAM- 2019 2 Química. CPAM- 2019 Equilibrio heterogéneo- Ejemplo 1 CaCO3 (s) Kc‘ = [CaO][CO2] [CaCO3] CaO (s) + CO2 (g) [CaCO3] = constante [CaO] = constante [CaCO3] ‘ Kc = [CO2] = Kc x [CaO] Kp = PCO2 La concentración de sólidos y líquidos puros no se considera en la expresión para la constante de equilibrio. CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g) PCO 2 = Kp PCO 2 no depende de la cantidad de: CaCO3 o CaO Química. CPAM- 2019 Ejercicio III. Serie I Considerar el siguiente equilibrio a 295 K: NH4HS (s) NH3 (g) + H2S (g) La presión parcial de cada gas es de 0.265 atm. Calcular Kp y Kc para la reacción. Kp = PNH3 P H2S Kp = Kc(RT)Dn Kc = Kp(RT)-Dn = 0.265 x 0.265 = 0.0702 Dn = 2 – 0 = 2 T = 295 K Kc = 0.0702 x (0.0821 x 295)-2 = 1.20 x 10-4 Equilibrio químico en reacciones de múltiples etapas Si una reacción puede ser expresada como la suma de dos o más etapas, la constante de equilibrio de toda la reacción está dada por el producto de las constantes de equilibrio de cada etapa. Química. CPAM- 2019 A+B C+D A+B C+D E+F E+F Kc‘ Kc‘‘ Kc Kc‘ = Kc‘‘= [C][D] [A][B] [E][F] [C][D] [E][F] Kc = [A][B] Kc = Kc‘ x Kc ‘‘ Química. CPAM- 2019 Keq de las reacciones directa e inversa N2O4 (g) K= [NO2]2 [N2O4] 2NO2 (g) = 4.63 x 10-3 2NO2 (g) ‘ K = N2O4 (g) [N2O4] [NO2]2 = 1 K = 216 Cuando la ecuación de una reacción reversible está escrita en dirección opuesta, la constante de equilibrio se convierte en el recíproco de la constante de equilibrio original. Química. CPAM- 2019 Cinética química y Equilibrio químico A + 2B velocidadf = kd [A][B]2 kd AB2 ki Equilibrio: velocidadr = ki [AB2] velocidadd = velocidadi kd [A][B]2 = ki [AB2] kd [AB2] Kc = = ki [A][B]2 Química. CPAM- 2019 Constante de equilibrio Keq Resumen 1. Es el cociente entre las concentraciones (Kc) o presiones parciales (Kp) de los productos y los reactivos de una reacción en equilibrio, elevados cada uno a un exponente u orden de reacción. Las concentraciones se expresan en Molar (M) y las presiones parciales en Atmósferas (atm). 2. Es el cociente entre las constantes de velocidad directa (kd) e inversa (ki). 3. Es una cantidad adimensional, independiente de las concentraciones iniciales de productos y reactivos y de la presencia de otras sustancias (salvo que estas reaccionen con los R o P). Química. CPAM- 2019 Constante de equilibrio Keq Resumen 4. Concentraciones de sólidos y/o líquidos puros no aparecen en la expresión de la constante de equilibrio. 5. La Keq es un valor fijo para determinada temperatura. 6. Para reacciones que transcurren en varias etapas, la Keq de la reacción total es igual al producto de las Keq de cada una de las etapas. 7. La Keq de la reacción inversa en una reacción reversible es igual a la inversa de la Keq de la reacción directa. Química. CPAM- 2019 Cociente de masas y equilibrio químico El cociente de masas de una reacción (QC) se calcula sustituyendo por las concentraciones iniciales de los reactantes y productos, las que aparecen en la expresión de la constante de equilibrio (KC) Química. CPAM- 2019 Keq vs Q aA + bB Constante de Equilibrio K= [C]ec [D]ed [A]ae [B]be cC + dD Cociente de reacción [C]c [D]d Q= [A]a [B]b Química. CPAM- 2019 Predicción del sentido de una reacción A + B C + D Q > K Q < K Q = K K= [C]ec [D]ed [A]ae [B]be Reacción en equilibrio [C]c [D]d Q= [A]a [B]b Química. CPAM- 2019 Si: • Qc > Kc el sistema procede de derecha a izquierda para alcanzar el equilibrio • Qc = Kc el sistema se encuentra en equilibrio • Qc < Kc el sistema procede de izquierda a derecha para alcanzar el equilibrio Química. CPAM- 2019 Cálculo de las concentraciones en el equilibrio 1. Expresar las concentraciones de equilibrio de todas las especies en términos de las concentraciones iniciales y como una incógnita x, que representa el cambio de concentración. 2. Escribir la expresión de la constante de equilibrio en términos de las concentraciones de equilibrio. Sabiendo el valor de la constante de equilibrio, despejar x. 3. Teniendo el valor de x, calcular las concentraciones de equilibrio de todas las especies. Química. CPAM- 2019 Ejercicio IV. Serie I A 12800C la constante de equilibrio (Kc) para la reacción Br2 (g) 2Br (g) Es de 1.1 x 10-3. Si las concentraciones iniciales son [Br2] = 0.063 M y [Br] = 0.012 M, calcular las concentraciones de estas especies en equilibrio. Dejamos a “x” como el cambio en la concentración de Br2 Inicial (M) Cambio (M) Equilibrio (M) [Br]2 Kc = [Br2] Br2 (g) 2Br (g) 0.063 0.012 -x +2x 0.063 - x 0.012 + 2x (0.012 + 2x)2 = 1.1 x 10-3 Kc = 0.063 - x Para “x”… Kc = (0.012 + 2x)2 = 1.1 x Química. CPAM- 2019 10-3 0.063 - x 4x2 + 0.048x + 0.000144 = 0.0000693 – 0.0011x 4x2 + 0.0491x + 0.0000747 = 0 -b ± b2 – 4ac x= 2a ax2 + bx + c =0 x = -0.0105 Br2 (g) 2Br (g) Inicial (M) 0.063 0.012 Cambio (M) -x +2x 0.063 - x 0.012 + 2x Equilibrio (M) En equilibrio, [Br] = 0.012 + 2x = -0.009 M o En equilibrio, [Br2] = 0.062 – x = 0.0648 M x = -0.00178 correcto 0.00844 M Principio de Le Chatelier Si una perturbación externa se aplica a un sistema en equilibrio, el sistema se ajusta de tal forma a cancelar perturbación parcialmente y alcanzar la una nueva posición de equilibrio. Química. CPAM- 2019 Factores que podrían perturbar el equilibrio 1. Cambio en las concentraciones de productos y reactivos. 2. Cambio en la presión y/o volumen. 3. Cambio en la temperatura 4. Catalizadores Química. CPAM- 2019 Química. CPAM- 2019 Agregado de productos C A+B Agregado de producto… C + D Q > Keq Desplazamiento h/izquierda Q = Keq …Nueva condición de equilibrio Consumo o pérdida de productos C A+B Consumo de producto… C + D Q < Keq Desplazamiento h/derecha Química. CPAM- 2019 Q = Keq …Nueva condición de equilibrio Química. CPAM- 2019 Agregado de reactivos A A+B Adición de reactivos … C + D Q < Keq Desplazamiento h/derecha Q = Keq …Nueva condición de equilibrio Química. CPAM- 2019 Consumo o pérdida de reactivos A A+B Consumo de reactivo… C + D Q > Keq Desplazamiento h/izquierda Q = Keq …Nueva condición de equilibrio Cambios de concentraciónResumen Al modificar la concentración de algún producto o reactivo, el equilibrio se desplazará en el sentido de contrarrestar la perturbación, reponiendo la sustancia que fue consumida, o consumiendo la que fue agregada. Perturbación Desplazamiento del Equilibrio Aumenta la concentración de producto(s) Decrece la concentración de producto(s) Aumenta la concentración de reactante(s) Decrece la concentración de reactante(s) izquierda derecha derecha izquierda Química. CPAM- 2019 N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) 1. Equilibrio inicial 2. Perturbación: Agregado de NH3 3. Desplazamiento del equilibrio hacia los reactivos 4. Nueva situación de equilibrio. Cambios de presión y volumen A (g) + B (g) Cambio C (g) Desplazamiento del equilibrio Aumenta la presión Al lado con menos moles de gas Disminuye la presión Al lado con más moles de gas Aumenta el volumen Al lado con más moles de gas Disminuye el volumen Al lado con menos moles de gas Química. CPAM- 2019 Cambios de temperatura A diferencia de las otras variables que solo cambian la posición del equilibrio, el cambio de temperatura MODIFICA LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO!! El efecto de la temperatura sobre la Keq depende del calor de reacción: Rx Exotérmica Rx Endotérmica Aumenta la temperatura K decrece K aumenta Disminuye la temperatura K aumenta K decrece Cambio Química. CPAM- 2019 Ejemplo: N2O4 (g) 2NO2 (g) incoloro pardo ∆H = + 58,0 kJ/mol Disminución de T Keq N2O4 Reacción en equilibrio Aumento de T Keq NO2 Presencia de catalizadores El catalizador baja Ea y por tanto aumenta la constante de velocidad k y la reacción se hace más rápida. El catalizador disminuye Ea para la reacción directa y para la reacción inversa, por tanto kd y ki aumentan en la misma proporción. Como... Keq = kd Keq No cambia ki Química. CPAM- 2019 Sin catalizador Con catalizador El catalizador disminuye Ea para ambas reacciones, pero no la energía potencial de los estados inicial y final. Por tanto, no cambia: •La constante de equilibrio •La posición del equilibrio •Los parámetros termodinámicos de la reacción (∆G, ∆H) Química. CPAM- 2019 Principio de Le Chatelier Resumen Cambio Desplazamiento del equilibrio Cambio en la constante de equilibrio Concentración sí no Presión sí no Volumen sí no Temperatura sí sí Catalizador no no Química. CPAM- 2019 Ejercicio V. Serie I Considere la siguiente reacción: N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) Al principio hay 0,249 moles de N2 3,21x10-2 moles de H2 y 6,42 x10-4 moles de NH3 en un matraz de 3,5 L a 375°C. Si la Kc para la reacción a esa temperatura es 1,2: a. Determine si el sistema está en equilibrio. Si no es así, prediga la dirección de la reacción neta. b. Prediga el efecto que tendría sobre dicha reacción un aumento de presión. Química. CPAM- 2019 Ejercicio V- Respuestas a. Determine si el sistema está en equilibrio. Si no es así, prediga la dirección de la reacción neta. La reacción no está en equilibrio. Tiende a ocurrir hacia los productos porque Q < Keq. Q= 0,612 y Keq = 1,2 b. Prediga el efecto que tendría sobre dicha reacción un aumento de presión. Un aumento de presión desplazará la reacción hacia la derecha porque hay menor número de moles en los productos que en los reactivos. Química. CPAM- 2019 Ejercicio VI. Serie I Se estudia la siguiente reacción: 2NO (g) + Cl2 (g) 2NOCl (g) La Kc para la reacción tiene un valor de: 6,5x104 a 35°C. En un experimento se mezclan 2,0 x10-2 moles de NO, 8,3 x10-3 moles de Cl2 y 6,8 moles de NOCl un matraz de 2,0 L. a. Determine el valor de Q. ¿Qué sugiere dicho valor respecto al sentido de la reacción?. b. Prediga el efecto que tendría sobre dicha reacción un aumento de volumen. Química. CPAM- 2019 Ejercicio VI- Respuestas a. Determine el valor de Q. ¿Qué sugiere dicho valor respecto al sentido de la reacción?. El valor de Q es 27,9 x106 .La reacción no está en equilibrio. Tiende a ocurrir hacia los reactivos porque Q >> Keq. b. Efecto de un aumento de volumen: La reacción se desplazará en el sentido de formar un mayor número de moles, es decir, hacia los reactivos. Química. CPAM- 2019 Ejercicio VII. Serie I Se estudia la siguiente reacción: H2 (g) + l2 (g) 2HI(g) La Kc para la reacción tiene un valor de 54,3 a 430°C. Se mezclan 0,5 moles de H2 y 0,5 moles de l2 en un recipiente de 1L. a. Determine las concentraciones de reactivos y productos en el equilibrio. b. ¿Cuáles serán las nuevas concentraciones de equilibrio si se agrega 0,3 moles de H2 ?. Química. CPAM- 2019 Ejercicio VII- Respuestas a. Concentraciones en el equilibrio: [I2] = 0,107 M ; [H2] = 0,107 M ; [HI ] = 0,786 M b. Nuevas concentraciones si se agregan 0,3 M de H2 : . [I2] = 0,0445 M ; [H2] = 0,345 M ; [HI ] = 0,911 M Química. CPAM- 2019 Ejercicio VIII. Serie I Se estudia la siguiente reacción: N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) A 720°C la Kc de dicha reacción es de 2,37 x10-3 . En cierto experimento, las concentraciones del equilibrio a dicha temperatura fueron las siguientes: •[H2]= 8,8 M •[N2]= 0,683 M •[NH3]= 1,05 M Se agrega cierta cantidad de amoniaco concentración aumenta a 3,65 M. de modo que su Química. CPAM- 2019 Ejercicio VIII N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) a. Calcule el valor de Q b. ¿En qué dirección se desplazará la reacción?. ¿Por qué?. Q= 0,0286 Q > Keq La reacción se desplazará hacia los reactivos. Química. CPAM- 2019 Ejercicio IX. Serie I N2 F4 (g) 2NF2 (g) ΔH° = 38,5 KJ/mol a. ¿En qué dirección se desplazará la reacción si la mezcla es calentada a presión constante?. ¿Por qué?. b. ¿Qué ocurrirá si el gas N2F4 se retira de la mezcla de reacción a temperatura y volumen constantes?. c. ¿Qué ocurrirá si se disminuye la presión de la mezcla de reacción a temperatura constante?. d. ¿Y si se agrega un catalizador?. a. La reacción se desplazará hacia los productos. b. Se desplazará hacia los reactivos c. Hacia los productos porque hay mayor número de moles d. Nada Química. CPAM- 2019 Ejercicio X. Serie I Para la siguiente reacción: CO2 (g) + H2 (g) CO (g) + H2O(g) Las concentraciones de reactivos y productos en el equilibrio son: [CO2] = 0,086 M; 0,040 M. [H2 ]= 0,045 M; [CO]= 0,050 M; [H2O]= a- Calcular Kc para la reacción b- Si se añadiera CO2 aumentando su concentración a 0,5 M. ¿Cuáles serían las concentraciones de todos los gases una vez que se reestableciera el equilibrio?. Química. CPAM- 2019 Ejercicio X- Respuestas Para la siguiente reacción: CO2 (g) + H2 (g) CO (g) + H2O(g) a- Calcular Kc para la reacción Kc = 0,517 b- Si se añadiera CO2 aumentando su concentración a 0,5 M. ¿Cuáles serían las concentraciones de todos los gases una vez que se reestableciera el equilibrio?. [CO2] = 0,475 M; [H2 ]= 0,0202 M; [CO]= 0,0748 M; [H2O]= 0,0648 M. Química. CPAM- 2019 Aplicación biológica Equilibrio químico en las reacciones biológicas El funcionamiento normal de nuestro organismo requiere mantener numerosos sistemas en equilibrio. Un gran número de reacciones del metabolismo son reversibles y su ocurrencia puede ser interpretada en función de la Keq que les caracteriza. En muchos casos las condiciones internas o externas modifican el equilibrio de las reacciones biológicas y hacen que estas transcurran en un sentido o en otro según los factores ambientales. Química. CPAM- 2019 Aplicación biológica Equilibrio químico en las reacciones biológicas En muchos casos, las concentraciones de productos y reactivos – que se modifican permanentemente en el medio biológico- son las que determinan el sentido en el que ocurrirá una reacción biológica. Se dice en estos casos que la reacción está gobernada por ACCION DE MASAS. Química. CPAM- 2019 Aplicación biológica Equilibrio en la fosfoglucomutasa Glucógeno Fosfoglucomutasa Glucosa 1-P Glucosa 6-P Glucosa Química. CPAM- 2019 En el ayuno…. Glucógeno De las reservas en células hepáticas Fosfoglucomutasa Glucosa 1-P Glucosa 6-P Glucosa A la sangre y el resto del organismo Química. CPAM- 2019 Después de una comida…. Glucógeno A almacenamiento en células hepáticas Fosfoglucomutasa Glucosa 1-P Glucosa 6-P Glucosa De la dieta Química. CPAM- 2019 Aplicación biológica La vida a grandes alturas y la producción de hemoglobina Hb (ac) + O2 (ac) [HbO2] Kc = [Hb][O2] Química. CPAM- 2019 HbO2 (ac) Equilibrio de Ionización del agua Potencial de hidrógeno (pH) Química. CPAM- 2019 Equilibrio de ionización del agua Producto iónico del agua H2O H+ + OH- Ki = [H+][OH-] [H2O] En el agua pura…. [H+] = [OH-] = 10-7 Ki = 1. 10-7 x 1. 10-7 [H2O] Ki = 1. 10-14 [H2O] ? Química. CPAM- 2019 Ki = 1. 10-14 [H2O] [H2O] = Ki = 1. 10-14 = 1000 g 18 g/mol = 55,6 M 1L 1,8. 10-16 55,6 Química. CPAM- 2019 Química. CPAM- 2019 En el agua pura…. [H+] = [OH-] = 10-7 Por tanto …. [H+] [OH-] = 10-14 = Kw Ki = 1. 10-14 [H2O] Ki = Kw [H2O] Ki [H2O] = 1. 10-14 = Kw Producto iónico del agua Potencial de hidrógeno (pH) pH = - log [H+] pOH = - log [OH-] Química. CPAM- 2019 [H+] . [OH-] = 10-14 = Kw log [H+] + log [OH-] = log 10-14 = log Kw - log [H+] - log [OH-] = - log 10-14 = - log Kw pH + pOH = 14 = pKw Química. CPAM- 2019 Escala de pH Química. CPAM- 2019 Escala de pH Química. CPAM- 2019 Química. CPAM- 2019 Preguntas de concepto a- ¿Cuántas veces más ácida es una solución de pH 2 que una solución de pH 5?. 1000 veces más ácida. b- ¿Cuántas veces mayor es la concentración de OH en una solución de pH 12 que en una de pH 7?. 100.000 veces mayor c- ¿Cuál debe ser el pH de una bebida gaseosa cuya concentración de protones es 100 veces menor que otra de pH 2,8 ?. pH: 4,8 d- ¿Cuánto debe variar el pH de una solución de pH inicial 4,3 para que su [H+] se duplique?. ΔpH = - 0,3 Ejercicio I. Serie II En base al producto iónico del agua calcule el % de ionización del agua. ¿Cuál es la proporción de moléculas de agua que se ioniza?. 1,79.10-7 % de las moléculas de agua se ionizan. 1 de cada 558.660.000 moléculas de agua se ioniza. Química. CPAM- 2019 Ejercicio II. Serie II El pH de una muestra de jugo gástrico es 1,5. a- Calcular la [H+], [OH- ] y el pOH del jugo gástrico. b- Calcular la cantidad de iones H+ en 10 mL de dicha muestra. a- [H+]= 0,0316 ; [OH- ]= 3,165.10-13 M ; pOH= 12,5 b- Cantidad de iones H+ = 1,9.1020 . . Química. CPAM- 2019 Ejercicio III. Serie II El café negro tiene un pH 4,1. Una limonada tiene pH 3,6. ¿Cuántas veces mayor es la concentración de protones en la limonada?. Café: [H+]= 7,94.10-5 M ; Limonada: [H+ ]= 2,51.10-4 M .Es 3,16 veces mayor. Química. CPAM- 2019 Ejercicio IV. Serie II ¿Cuántos mL de una solución de pH 4,1 contiene la misma cantidad de protones que 30 mL de una solución de pH 2,4 ?. 1504 mL. La 2da solución es 50,1 veces más ácida que la primera. Química. CPAM- 2019 Equilibrios de solubilidad De compuestos iónicos Química. CPAM- 2019 Equilibrios de solubilidad Son EQUILIBRIOS HETEROGENEOS • Fase disuelta: disolución • Fase no disuelta: precipitado sólido La cantidad de un soluto disuelta está en equilibrio con el soluto no disuelto (precipitado). Química. CPAM- 2019 Solubilidad de compuesos químicos Las reglas de solubilidad de compuestos iónicos dan una percepción cualitativa de la solubilidad de determinado compuesto (solubilidad alta o baja). El estudio de los equilibrios de solubilidad permite hacer predicciones cuantitativas sobre la solubilidad (cantidad disuelta). Química. CPAM- 2019 Solubilidad de compuestos químicos Para sustancias muy prácticamente total. solubles, la solubilidad es Para sustancias poco solubles, los iones en una solución saturada estará en equilibrio con el sólido no disuelto. El equilibrio de solubilidad se estudia a 25°C siendo agua el disolvente. Al cambiar la temperatura, la solubilidad varía. Química. CPAM- 2019 Constante del producto de solubilidad Kps “Es igual al producto de las concentraciones molares de los iones involucrados en el equilibrio, cada uno elevado a la potencia de su coeficiente estequiométrico en la ecuación de equilibrio”. * El coeficiente de cada ion en la ecuación de equilibrio también es igual a su subíndice en la fórmula química del compuesto. * El valor de Kps se define para una disolución saturada. Química. CPAM- 2019 Productos de solubilidad Considerando una sal poco soluble, el equilibrio de solubilidad se representa como: AgCl (s) Ag+ (ac) + Cl- (ac) Considerando que para equilibrios heterogéneos la concentración del sólido es una constante, se puede escribir la constante de equilibrio para la disolución de AgCl: Kps = [Ag+] . [Cl- ] Química. CPAM- 2019 Productos de solubilidad Kps = [Ag+] . [Cl- ] Kps = 1,8.10-10 Constante del producto de solubilidad del AgCl Cuando aplicamos el producto de solubilidad de las sales, asumimos un comportamiento ideal de las mismas. Química. CPAM- 2019 Productos de solubilidad AgCl Kps = 1,8.10-10 AgBr Kps = 5,0.10-13 AgI Kps = 8,3.10-17 ¿Cuál de estos compuestos es más soluble? Química. CPAM- 2019 Productos de solubilidad MgF2 (s) Mg+2 (ac) + 2F- (ac) Kps= [Mg++].[F-]2 Ag2CO3(s) 2Ag+1(ac) + CO3-2 (ac) Kps= [Ag+]2.[CO3-2] Ca3(PO4)2 (s) 3Ca+2(ac) + 2PO4-3 (ac) Kps= [Ca++]3 .[PO4-3]2 Química. CPAM- 2019 Productos de solubilidad El producto de las concentraciones de iones en condiciones que no corresponden al equilibrio, se representa con la letra Q: Producto iónico Q = [Ag+]0 . [Cl- ]0 El subíndice 0 indica que son concentraciones “iniciales” , no del equilibrio. La comparación del valor de Q con el producto de solubilidad Kps, permite predecir si una disolución precipitará o no. Química. CPAM- 2019 Ejercicio I. Serie III 1. Se agrega cromato de plata sólido al agua pura a 25°C, y parte del sólido queda sin disolver. La mezcla se agita para asegurar que se alcance el equilibrio entre la sal no disuelta y la disolución. El análisis de la disolución en equilibrio muestra que la concentración del ion plata es 1,3.10-4 M. Suponiendo que el cromato de plata se disocia completamente en el agua y que no hay otros equilibrios que interfieran en la disolución, calcular Kps de este compuesto. Kps = 1,1.10-12 Química. CPAM- 2019 Ejercicio II. Serie III 2. La Kps del fluoruro de calcio es 3,9.10-11 a 25°C. Suponiendo que esta sal se disocia por completo al disolverla, y que no hay otros equilibrios que interfieran en su solubilidad, obtenga la solubilidad del fluoruro de calcio en gramos por litro. Solubilidad = 1,6.10-2 g de sal/L Química. CPAM- 2019 Ejercicios III y IV. Serie III 3. La solubilidad del sulfato de calcio (CaSO4) es 0,67 g/L. Calcule el valor de Kps para el sulfato de calcio. Kps = 2,4.10-5 4. El Kps del hidróxido cúprico Cu(OH)2 es 2,2.10-20 Calcular la solubilidad en g/L Kps = 1,8.10-5 g/L Química. CPAM- 2019 . Química. CPAM- 2019 Q vs Kps Comparando el valor de Q con el de Kps, pueden presentarse tres situaciones: Q < Kps Disolución NO SATURADA. Sin precipitación. Q = Kps Disolución SATURADA. Sin precipitación. Q > Kps Disolución SOBRESATURADA. La sustancia precipitará hasta que Q sea igual a Kps . Química. CPAM- 2019 Q vs Kps- Ejemplo Para el cloruro de plata (AgCl), Kps = 1,6.10-10. Q < Kps No precipitará el AgCl. [Ag+]0 [Cl-]0 < 1,6.10-10. Q = Kps No precipitará el AgCl. [Ag+]0 [Cl-]0 = 1,6.10-10. Q > Kps [Ag+]0 [Cl-]0 > 1,6.10-10. Precipitará el AgCl hasta que el producto de las [ ] sea igual a 1,6.10-10 . Solubilidad molar y solubilidad Hay dos formas de expresar la solubilidad: Solubilidad molar: Número de moles de soluto en un litro de una disolución saturada (mol/L). Solubilidad: Gramos de soluto en un litro de una disolución saturada (g/L). * Ambas expresiones se refieren a la concentración de disoluciones saturadas a una temperatura determinada. Química. CPAM- 2019 Solubilidad molar y solubilidad Conociendo la solubilidad molar se puede calcular la solubilidad y viceversa. Tanto la solubilidad molar como la solubilidad, se pueden emplear para el cálculo de Kps. Química. CPAM- 2019 CONCLUSIONES La solubilidad (en M o en g/L) y el producto de solubilidad (Kps) están relacionadas. Podemos calcular una conociendo la otra. Cuando efectuamos cálculos de solubilidad, de Kps o ambos, se debe tener en cuenta: Química. CPAM- 2019 CONCLUSIONES 1- La solubilidad es la cantidad de sustancia que se disuelve en una cantidad determinada de agua para producir una disolución saturada. En los cálculos de equilibrio de solubilidad por lo general, ésta se expresa como gramos de soluto por litro de disolución. La solubilidad Molar es el número de moles de soluto por litro de disolución. Química. CPAM- 2019 CONCLUSIONES 2- El producto de solubilidad es una constante de equilibrio. 3- La solubilidad molar, la solubilidad y el producto de solubilidad se refieren todos a una disolución saturada. Química. CPAM- 2019 Predicción de reacciones de precipitación A partir del conocimiento de las reglas de solubilidad y de los productos de solubilidad se puede predecir cuando si se formará un precipitado mezclamos agregamos un dos compuesto disoluciones soluble a o una disolución. Química. CPAM- 2019 Gran parte de los cálculos renales están constituídos por oxalato de calcio (CaC2O4) (Kps= 2,3.10-9). Concentración normal de calcio sanguíneo es 5mM. Los iones oxalato, provenientes del ácido oxálico, están presentes en muchos vegetales como espinaca y otros. Química. CPAM- 2019 [Ca+2] en plasma [Oxalato-2] [Ca++]0 [Oxalato-]0 > 2,3.10-9. Química. CPAM- 2019 Cuando se colocan en disolución dos sustancias que tienen un ion común, la concentración de una influye sobre la solubilidad de la otra. Ag+ (ac) AgCl(s) + Cl- (ac) + AgNO3 (s) Solución saturada Q = Kps Q > Kps Ag+ (ac) + NO3 - (ac) Química. CPAM- 2019 Cuando uno de los iones de la sustancia a disolver es OH-, la solubilidad de la sustancia dependerá del pH. Mg(OH)2 (s) Mg+2(ac) + 2OH-(ac) Solución saturada Q = Kps + Q > Kps OH - (ac) Conclusión: El aumento del pH disminuye la solubilidad de los hidróxidos poco solubles. Química. CPAM- 2019 Cuando uno de los iones de la sustancia a disolver es OH-, la solubilidad de la sustancia dependerá del pH. Mg(OH)2 (s) Mg+2(ac) + 2OH-(ac) + H + (ac) Solución saturada Q = Kps H2O Q < Kps Conclusión: La disminución del pH aumenta la solubilidad de los hidróxidos poco solubles. Química. CPAM- 2019 Ejercicios V. Serie III ¿Cómo afectará el medio ácido en la disolución de las siguientes sustancias?. Mostrar las reacciones implicadas: - Hidróxido de níquel (II) - Carbonato de calcio - Fluoruro de bario - Cloruro de plata ¿Cuál de ellas será más soluble en una disolución ácida? Química. CPAM- 2019 Ejercicios VI. Serie III Si se mezclan 100 mL de sulfato de sodio 0,00075 M con 50 mL de cloruro de bario 0,015 M. ¿Se formará precipitado?. Justificar matemáticamente. Química. CPAM- 2019 Ejercicios VII. Serie III La mineralización del hueso implica la precipitación del mineral hidroxiapatita sobre la matriz proteica del tejido óseo. El producto de solubilidad que mejor describe a la hidroxiapatita es el siguiente: Kps: [Ca+2]. [HSO4-] = 6,9x10-7 * para concentraciones Molares Considerando una concentración de ion calcio de 6 mg/dL, ¿Cuál debe ser la concentración mínima (en mM) del ion fosfato monoácido para una correcta mineralización ósea?. [HPO4- ]= 0,46 mM Química. CPAM- 2019
