Subido por Miguel Angel Sanchez Carmona

equilibrioquimico2013

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QUÍMICA GENERAL
Instituto de
Ciencias Básicas
Universidad Nacional
de Cuyo
EQUILIBRIO QUÍMICO
2013
EQUILIBRIO QUÍMICO
En el equilibrio
químico: participan dos
tipos de sustancias:
reactivos y productos.
N2O4
2 NO2

Incoloro
rojizo

En el equilibrio físico:
el equilibrio queda
entre dos fases de una
misma sustancia. Ej:
evaporación de agua
en recipiente cerrado.
Ecuación general de equilibrio
Condición de equilibrio:
reac/vos y productos en
disolución.
Expresión matemá/ca de la
Ley de acción de masas
(Expresión de equilibrio)
Condición de equilibrio:
reac/vos y productos en
fase gaseosa.
La expresión de la constante de equilibrio sólo depende de la estequiometria
de la reacción, no así de su mecanismo.
El valor de Keq varía únicamente con la temperatura.
Magnitud de la Keq:
Información, composición de una mezcla en equilibrio.
Equilibrio desplazado a la
derecha: hacia los productos
Equilibrio desplazado a la
izquierda: hacia los reac5vos
N2O4 congelado
es incoloro
A temperatura
ambiente el N2O4
se descompone en
NO2 (marrón)
El equilibrio químico es el
punto donde
las concentraciones de todas
las especie son constantes
El punto en el cual la velocidad de descomposición (Vd):
N2O4(g)→ 2NO2(g)
es igual a la velocidad de dimerización (Vi):
2NO2(g)→ N2O4(g)
es un equilibrio dinámico
 El equilibrio es dinámico porque la reacción no ha
parado: Las velocidades de los dos procesos son iguales.
 En el equilibrio, el N2O4 reacciona para formar una
determinada can/dad NO2, y esta misma can/dad de
NO2(g) reacciona para volver a formar N2O4.

N2O4(g)
2NO2(g)
•
Dado que NO2 es color pardo oscuro y el N2O4 es incoloro, se verifica la
reversibilidad de la reacción, con el cambio de color, en uno y otro sen/do de reacción
•
Se puede reconocer el equilibrio cuando ya no hay un cambio visible de color.
•
Concentración
Concentración
Concentración
Se puede saber la can/dad de NO2 a través de la intensidad del color en la mezcla
gaseosa.
Tiempo
Tiempo
Tiempo
Equilibrios homogéneos
Se aplica al caso donde todas las especies químicas están en la misma fase.
Equilibrios heterogéneos
Cuando se /ene una reacción reversible con reac/vos y productos en fases disOntas.
•Para
sustancias puras, sólidas o líquidas, la ac/vidad que presentan es igual a la unidad.
•Se encontró en forma empírica y está jus/ficado termodinámicamente, que los líquidos y
sólidos no deben aparecer en Keq. Es posible resumir estas reglas introduciendo el término de
ac/vidad, a, de una sustancia:
‐Para un gas ideal, a = P/Po , simplificada en ecuaciones a a = P.
‐Para un soluto en una solución ideal, a = [ ]/Co , simplificada en ecuaciones a a = [ ].
‐Para un sólido o líquido puro, a = 1
• Las Keq no /enen unidades


La constante de equilibrio depende de la temperatura a la que se
lleva a cabo la reacción química.
En la tabla se observa como varía la Keq con la temperatura para la
siguiente reacción.
CO(g) + 3H2(g)↔ CH4(g) + H2O(g) ΔH = ‐206.2 kJ
ln K2/K1 = ΔHo /R (1/T1 – 1/T2) Ecuación de van´tHoff
Keq: aplicaciones
• Predicción del sen/do de la reacción hasta alcanzar el equilibrio.
•Cálculo de concentraciones de reac/vos y productos en el equilibrio.
• Calculo de concentraciones de reac/vos y productos en el equilibrio.
Inicial
Cambio
Equilibrio
59,19 atm
-x atm
59,19 - x atm
118,4 atm
0 atm
-x atm
+2x atm
118,4 - x atm
2x atm
x= 137,6 o 55,3

Establece que si un sistema en equilibrio es some/do
a una perturbación o tensión, el sistema reaccionará
de tal manera que disminuirá el efecto de la tensión.

Hay tres formas de alterar la composición en el
equilibrio de una mezcla de reacción en estado
gaseoso para mejorar el rendimiento de un
producto:
Cambio de
concentración
de reactivos
o productos
Composición
en equilibrio
de una mezcla
Cambio de
temperatura
Cambio de
presión parcial
de reactivos
o productos
cambiando el
volumen
¡Sólo reacciones en fase gaseosa!
Principio de Le Châtelier
Si un sistema en equilibrio es perturbado por un cambio de temperatura, presión, volumen o
concentración de uno de los componentes, el sistema desplazará su posición de equilibrio de
modo que se contrarreste el efecto de la perturbación.
I‐ Cambios de concentración
de reacOvos o productos
Si un sistema químico está en equilibrio y se
agrega una sustancia, la reacción se
desplazará de modo que se restablezca el
equilibrio consumiendo parte de la sustancia
agregada.
CO(g) + 3H2(g)

CH4(g) + H2O(g)
¿Qué sucederá, si se elimina el vapor de agua en la
reacción anterior?
Keq> 1 ; el equilibrio se desplazahacia la derecha
Si se elimina una sustancia, la reacción se
desplazará en el sen/do que se forme más de
esa sustancia
Especies líquidas y sólidas, poco compresibles: sus
concentraciones no cambian ante modificaciones de P. Sí los
gases.
P.V=n.R.T
P=n/V. R.T
n/V=conc. Gas (mol/l)

N2O4(g)
2NO2(g)
Al aumentar P, disminuye V, aumenta la concentración del gas
(NO2 aumenta más), se favorece reacción inversa (Qc>Kc)
Si disminuye P, aumenta V (disminuye el cociente n/V), la conc
del gas disminuye, Qc<Kc, se favorece reacción directa.
II‐ Efecto de los cambios de volumen y presión
• Si se ↓ el volumen de un sistema gaseoso en equilibrio, ↑ la presión
total, el sistema buscará reducir la presión según predice el principio de Le
Châtelier.
Una forma de reducir la presión sería: ↓el número de moléculas. Si se reduce el
volumen de una mezcla gaseosa a temperatura constante, el sistema se desplazará
en la dirección que reduce el nº de moléculas.
(no se afecta
Cambio de presión sin variar el volumen: por ejemplo si se adiciona un gas inerte
al sistema en equilibrio en un recipiente rígido, ↑ la presión total, ↓ las fracciones
molares de reacOvos y productos.
Presiones parciales invariables (Fracción molar X PT)
No se afecta el equilibrio
• Un aumento en la presión externa hace evolucionar al sistema en la dirección
del menor número de moles de gas y viceversa.
CO(g) + 3H2(g)
CH4(g) + H2O(g)
Al aumentar la presión, el equilibrio se desplaza hacia donde está el menor número
de moles
Cuando se aumenta la presión de un sistema en equilibrio, el
equilibrio se desplaza en la dirección que Oende a disminuir la
presión o en la dirección que se produzca el menor volumen.
Dirección del desplazamiento
+ Presión: hacia donde disminuye el número total de moles de gases
‐ Presión: hacia donde aumenta el número total de moles de gases
+ Volumen: hacia donde aumentael número total de moles de gases
‐ Volumen: hacia donde disminuye el número total de moles de gases



La temperatura /ene un efecto significa/vo sobre la
mayoría de reacciones químicas.
Las velocidades de reacción normalmente se
incrementan al aumentar la temperatura.
Consecuentemente, se alcanza más rapidamente el
equilibrio.
Los valores de la constante de equilibrio (Keq)
cambian con la temperatura.
Efecto de los cambios de temperatura
La temperaturacambia el valor de Keq de casi todas las reacciones.
(a diferencia de los cambios de P/Vol./conc. que desplazan el equilibrio)
Al ser endotérmica, absorbe calor, si ↑ la T a V cte. se favorece las disociación del
N2O4 en moléculas de NO2 por lo que la constante de equilibrio:
aumenta con la temperatura,
Se evidencia con el cambio de color caracterís/co de la reacción (incoloro pardo
oscuro)
Si la mezcla se enfría, el color se aclara (↑ concentracióndeN2O4) porque se
favorece la reacción en sen/do inverso (exotérmica)
Reacción Endotérmica: ↑T da por resultado un ↑ Keq
Reacción Exotérmica: ↑T daporresultado un ↓Keq
Cuando la temperatura de un sistema en equilibrio se aumenta,
el equilibrio se desplaza en la dirección que absorbe el calor. Si
la temperatura de un sistema disminuye, el equilibrio se
desplaza en la dirección que se libera calor.
Dirección del desplazamiento


+ T
‐ T
izquierda (favorece reacciones endotérmicas)
derecha (favorece reacciones exotérmicas)




Los catalizadores son sustancias que influyen en la velocidad
de reacción, aumentando o disminuyendo dicha velocidad sin
consumirse.
No provocan reacción química y tampoco sufren
transformación alguna.
No provocan cambios ni efectos sobre las concentraciones de
equilibrio, pueden modificar la velocidad directa e inversa. No
afectan ni cambian la constante de equilibrio solo establecen
más rápido o más lento dicho equilibrio.
El catalizador actúa cambiando la trayectoria de la reacción,
disminuyendo la energía de ac/vación necesaria y
aumentando la velocidad de reacción.
En el equilibrio : N2 (g) + 3H2 (g) ⇔ 2NH3 (g)
[NH3(g)]2
Kc = ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
[N2(g)] [H2(g)]3
Qué sucede si:
Aumenta la concentración de H2
Aumenta la concentración de NH3
Aumenta la concentración de N2
Disminución de la concentración de NH3
Disminución de la concentración de H2
Aumenta la presión
Aumenta la temperatura
Presencia de un catalizador
ΔH = ‐92 KJ
Equilibrio químico: constante de equilibrio.
Condición en la cual las concentraciones de reac/vos y productos, en un sistema
cerrado, se man/enen constantes con el /empo, sin cambio visible del sistema.
Reacciones: reversibles y elementales
•
Si par/mos del compuesto A puro: a medida que reacciona formando B, la PA
disminuye al mismo /empo que PB aumenta.
• Conforme PA baja y PB aumenta, la velocidad de la Rd decae y la de la Ri crece.
• Con el /empo la reacción alcanza un punto donde Vd=Vi (A y B en equilibrio)
El equilibrio se alcanza tanto en un sen/do de reacción como en otro.
Ecuaciones químicas y Keq
• La expresión de Keq de una reacción escrita en un sen/do, es el recíproco de la
correspondiente a la reacción escrita en sen/do inverso.
• La Keq de una reacción que ha sido mul/plicada por un número, es igual a la Keq
elevada a una potencia igual a ese número.
• La Keq para una reacción neta compuesta de dos o más pasos es el producto de las
constantes de equilibrio de los pasos individuales.
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