EQUILIBRIO QUÍMICO TEMA 7

Cuando se produce una reacción química, las concentraciones de cada reactivo y producto va variando con el tiempo, hasta que se produce el equilibrio químico, en el cual las concentraciones de todas las sustancias permanecen constantes

La mayoría de las reacciones químicas no llegan a completarse La mayoría de las reacciones químicas no llegan a completarse. En la medida que se forman los productos, tiene lugar la reacción inversa para volver a formar lo reactantes. reacción directa A + B C + D reacción inversa En un sistema cerrado las concentraciones de productos y de reactantes en un momento determinado no varían, por lo tanto esas concentraciones permanecerán constantes. A este estado se le llama Equilibrio dinámico, esto trae como consecuencia que la rapidez de la reacción directa sea igual a la rapidez de la reacción inversa. NOTA: equilibrio químico no implica que la cantidad de productos y reactantes sean iguales. (o concentraciones)

Equilibrio es un estado en el cual no hay cambios observables a través del tiempo, es dinámico es decir no cesa jamás El Equilibrio químico se logra cuando: La velocidad de la reacción directa e inversa son iguales La concentración de reactantes y productos permanecen invariables, Equilibrio Físico H2O (l) H2O (g) Equilibrio Químico N2O4 (g) 2NO2 (g)

N2O4 (g) 2NO2 (g) equilibrium equilibrium equilibrium Se parte con NO2 Se parte con NO2 y N2O4

EQUILIBRIO QUÍMICO Muchas reacciones químicas son reversibles. Hay un equilibrio entre los productos y reactantes. Cuando la concentración de productos y reactantes no cambia en el tiempo, se esta en un equilibrio. Esto no significa que la reacción se ha detenido, solo nos dice que las velocidades (directa e inversa) se han igualado.

CH4(g) + H2O(g) ↔ CO(g) + 3H2 (g) CO(g) + 3H2 (g) ↔ CH4(g) + H2O(g) El equilibrio químico se produce en reacciones químicas que son reversibles. Ejemplo CH4(g) + H2O(g) ↔ CO(g) + 3H2 (g) La reacción puede ocurrir en ambas direcciones CO(g) + 3H2 (g) ↔ CH4(g) + H2O(g)

CONDICIÓN DE EQUILIBRIO En el equilibrio la velocidad de reacción directa es igual a la velocidad de reacción inversa.

UN SISTEMA EN EQUILIBRIO CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2 (g) Después de un tiempo de iniciada la formación de los productos, éstos reaccionan para formar los reactantes. En el equlibrio no hay ningún cambio neto en las concentraciones de reactantes y productos. Las concentraciones no cambian, pero no son necesariamente iguales

Si tenemos la siguiente reacción general: aA + bB cC + dD En donde: reacción directa A y B son los Reactantes Vdir reacción inversa C y D son los Productos Vinv Siendo : a, b, c y d los Coeficientes que ajustan la ecuación De acuerdo a lo anterior si se aplica la ley de “acción de masas” se tiene que: la velocidad de la reacción directa corresponde a: Vdir  [A]a x [B]b Vdir = kd x [A]a x [B]b

Vdir = Vinv La velocidad de reacción inversa es: Vinv  [C]c x [D]d Vinv = ki x [C]c x [D]d Se produce el equilibrio cuando la velocidad de reacción directa e inversa son iguales. Vdir = Vinv Luego: kd x [A]a x [B]b = ki x [C]c x [D]d Por lo tanto:

Si definimos la Constante de Equilibrio, como Keq o Kc Tendremos expresión de: “LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO” o “LEY DEL EQUILIBRIO”

DINÁMINA DEL EQUILIBRIO En el equilibrio dos procesos están ocurriendo a velocidades iguales. En otras palabras, la velocidad de reacción directa es igual a la velocidad de reacción inversa. Ejemplos: H2O (l)  H2O (g) NaCl (s)  NaCl (aq) H2O CO (g) + 2 H2 (g)  CH3OH (g)

CONDICIONES DE EQUILIBRIO H2O + CO  H2 + CO2

LEY DE ACCIÓN DE MASAS Dada la reacción general: aA + bB  cC + dD Velocidad directa = kd [A]a [B]b La velocidad en el sentido inverso será: velocidad inversa = k i [C]c [D]d K es la constante de velocidad y tiene un valor específico para cada reacción a una temperatura determinada

Velocidad directa = Velocidad inversa K d [A]a [B]b = k i [C]c [D]d En el equilibrio ambas velocidades se igualan Velocidad directa = Velocidad inversa K d [A]a [B]b = k i [C]c [D]d La relación de las constantes de velocidad es: Keq = k i/k d Keq = [C]c [D]d [A]a [B]b

ESCRIBIR LAS EXPRESIONES DE EQUILIBRIO PARA LAS REACCIONES N2 (g) + 3 H2 (g)  2NH3 (g) 2 SO2 (g) + O2 (g)  2SO3 (g) Keq = [NH3]2 [N2] [H2]3 Keq = [SO3]2 [SO2]2 [O2]

ESCRIBIR LAS EXPRESIONES DE EQUILIBRIO PARA LAS REACCIONES H2 (g) + Br2 (g)  2 HBr(g) 2N2O (g)  2 N2 (g) + O2 (g) Keq = [HBr]2 [H2] [Br2] Keq = [N2 ]2 [O2] [N2O]2

CALCULAR LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO El dióxido de nitrógeno se descompone a altas temperaturas según la reacción: 2 NO2 (g)  2 NO (g) + O2 (g) Las concentraciones en el equilibrio son: [NO2]= 1.20 M, [NO] = 0.160 M, and [O2] = 0.080 M; Calcular la constante de equilibrio: Keq = [NO]2 [O2] [NO2] 2

Keq = [NO]2 [O2] [NO2] 2 Keq = (0.160)2 (0.080) = 0.00142 (1.20)2

La oxidación del dióxido de azufre es: 2SO2 (g) + O2 (g)  2 SO3 (g) Las concentraciones en el equilibrio son: [SO2 ]= 0.44 M, [O2] = 0.22 M, and [SO3] = 0.78 M, Calcule la constante de equilibrio: Keq= [SO3]2 [SO2]2 [O2] Keq = (0.78)2 = 14.3 (0.44)2 (0.22)

Dada la siguiente ecuación: CO2 (g) + H 2 (g)  CO (g) + H2O (g) Si las concentraciones en el equilibrio son: [CO] = 1.00 M, [H2O] = 0.025 M, [CO2] = 0.075 M and [H2] = 0.060 M Calcule la constante de equilibrio. Keq = [CO] [H2O] [CO2] [H2] Keq = (1.00) (0.025) = 5.6 (0.075) (0.060)

SIGNIFICADO DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO Kc>>1: La reacción esta favorecida hacia la formación de productos (reacción directa). La concentración de los productos en el equilibrio es mucho mayor que la concentración de los reactantes en el equilibrio. Kc<<1: La reacción esta favorecida hacia la formación de reactantes (reacción inversa). La concentración de los reactantes en el equilibrio es mucho mayor que la concentración de los productos en el equilibrio.

EJEMPLOS ¿Qué significan los siguientes valores para Keq ? 2 NO2 (g)  2 NO (g) + O2 (g) Kc = 0.00142 Kc<<1: Favorecida la reacción inversa 2SO2 (g) + O2 (g)  2 SO3 (g) Kc = 14.3 Kc>>1: Favorecida la reacción directa CO2 (g) + H 2 (g)  CO (g) + H2O (g) Kc = 5.6 Kc~1: Esta ligeramente favorecida hacia la formación de productos (reacción directa)

Cociente de reacción La constante de equilibrio (Keq o Kc) es una relación constante solo cuando el sistema esta en equilibrio. Si el sistema no esta en equilibrio la constante es un cociente de reacción. Si el cociente de reacción es igual a la constante de equilibrio, decimos que el sistema esta en equilibrio.