L’equilibri en les reaccions químiques Tema 5 L’equilibri en les reaccions químiques

CONTINGUTS 1.- Aspectes bàsics de l‘equilibri químic. 2.- Condició general de l’equilibri químic. 3.- Equilibri químic en sistemes gasosos ideals. 4.- Equilibris heterogenis. 5.- Variació de la constant d’equilibri amb la temperatura. 6.- Principi de Le Châtelier.

1 ASPECTES BÀSICS DE L’EQUILIBRI QUÍMIC. 1.1. Perspectiva qualitativa. Estat d’equilibri: estat en què la composició del sistema roman fixa, invariable. 1.1. Perspectiva qualitativa. 1.2. Perspectiva quantitativa. Equilibri dinàmic. Els sistemeas evolucionen espontàniament cap un estat d’equilibri. Les propietates de l‘estat d’equilibri són les mateixes, independentment de la direcció des de la qual s’hi arriba. Llei d’acció de masses aA + bB  cC + dD

2 CONDICIÓ GENERAL DE EQUILIBRI QUÍMIC. Equilibri: DG = 0 A P i T constantes, el sentit del canvi espontani és el sentit de la disminució de G. [Tema 4] Procés espontani: DG < 0 Inici: DG < 0 Equilibri: DG = 0 [Tema 4]

3 EQUILIBRI QUÍMIC EN SISTEMES GASOSOS IDEALS. EQUILIBRI HOMOGENI Per a una mescla de gasos ideals: Q : Quocient de reacció Isoterma de reacció

Constant d’equilibri termodinàmica (adimensional) En arribar a l’equilibri : DG = 0 Constant d’equilibri termodinàmica (adimensional) Kpº

Conseqüències: Si DGº >> 0 ; Kpº <<1 : poca tendència reactius ® productes Si DGº << 0 ; Kpº >>1 : molta tendència reactius ® productes Kpº > 0 i depén de DGº DGº únicament depén de T; Kpº també. Hi ha dues formes de determinar Kpº

¿En quin sentit evoluciona la reacció? Si Q < Kpº DG < 0 r ® p espontània Si Q = Kpº DG = 0 Equilibri Si Q > Kpº DG > 0 r ® p no espontània (p ® r espontània)

Altres expressions de la constant d’equilibri Kp (dimensional) (Pº)-Dn En funció de les concentracions: Kp = Kc (RT)Dn Si Dn = 0 Kpº = Kp = Kc

4 EQUILIBRIS HETEROGENIS. Kc = [CO2] Són aquells en els que les substàncies estan en fases diferents p.ej.: CaCO3 (s) « CaO (s) + CO2 (g) La situació d’equilibri no es veu afectada per la quantitat de sòlid o líquid, sempre que aquestes substàncies estiguen presents. La constant d’equilibri és independent de les quantitats de sòlids i líquids en l’equilibri. CaCO3 (s) « CaO (s) + CO2 (g) Kc = [CO2]

5 Q = Kpº 1 2 VARIACIÓ DE LA CONSTANT D’EQUILIBRI AMB LA TEMPERATURA. ¿De quina forma puguem modificar la situació d’equilibri? Q = Kpº Canviant la constant d’equilibrio 1 2 Canviant Q

1 Equació de van’t Hoff Canviant la constant d’equilibri Canviant la temperatura Equació de van’t Hoff

Equació integrada de van’t Hoff “En reconeixement als extraordinaris servicis que ha prestat amb el descobriment de les lleis de la dinàmica química i la pressió osmòtica en dissolucions”. 1901 Primer premio Nobel de Química Jacobus Henricus van’t Hoff (1852-1911) Si DHº = cte Equació integrada de van’t Hoff

a) Si DHº > 0 (endotèrmica) Conseqüències: a) Si DHº > 0 (endotèrmica) Si considerem: T2 > T1 T ­ Kpº ­ En augmentar T s’afavoreix la formació dels productes. Es desplaça cap a la dreta.

b) Si DHº < 0 (exotèrmica) Conseqüències : Si considerem: T2 > T1 b) Si DHº < 0 (exotèrmica) T ­ Kpº ¯ En augmentar T s’afavoreix la formació dels reactius. Es desplaça cap a l’esquerra.

La constant d’equilibri no canvia amb T Conseqüències: Tomemos T2 > T1 c) Si DHº = 0 La constant d’equilibri no canvia amb T

6 2 PRINCIPI DE LE CHÂTELIER: COMPORTAMENT DE L’EQUILIBRI DAVANT D’UN CANVI DE CONDICIONS. 6 ¿De quina forma puguem modificar la situació d’equilibri? Canviant Q 2 Canviant la resta de factors (mols de reactius, productes, P, V,...) Principi de Le Châtelier “Si un sistema químic que està en equilibri se sotmet a una pertorbació que canvie qualsevol de les variables que determinen l‘estat d’equilibri, el sistema evolucionarà per a contrarestar l’efecte de la pertorbació”.

6.1. Efecte d’un canvi de temperatura (a P cte) Si DHº > 0 (endotèrmica): T ­ Þ es desplaçarà a la dreta Si DHº < 0 (exotèrmica): T ­ Þ es desplaçarà a l’esquerra 6.2. Efecte de l’addicció / substracció de mols de reactius o productes gasosos (a T i V ctes) Si s’agreguen productes: Q > Kc Þ es desplaçarà a l’esquerra Si s’agreguen reactius: Q < Kc Þ es desplaçarà a la dreta 6.3. Efecte d’un canvi de volum (a T cte) La disminució de V conlleva que la concentració total de molècules augmente. El sistema tendirà a reduir-la. Þ Es desplaça cap on hi haja menys mols d’espècies gasoses.

6.4. Efecte de la pressió total (a T cte) Un augment de P té el mateix efecte que una disminució de V Þ Es desplaçarà cap on hi haja menys mols d’espècies gasoses 6.5. Addicció d’un gas inert (a T i V ctes) No altera l’equilibri 6.6. Addicció d’un catalitzador No afecta a l’equilibri 6.7. Addicció d’un reactiu/producte sòlid o líquid No afecta a l’equilibri