Fundación Educacional Colegio de los SSCC -Manquehue- Profesores: Sergio Andrés Magdalena Loyola Equilibrio químico

Reacciones Reversibles A B Al inicio la reacción evoluciona hacia la formación de productos, y una vez que se ha formado algo de producto comienza el proceso inverso, la formación de reactantes. ¿Cuándo decimos entonces que una reacción está en equilibrio?

Equilibrio Dinámico Se observa que: Lo que ocurre es: Las velocidades de conversión de reactantes en productos y de productos en reactantes se igualan. vd = vi Las concentraciones de reactantes y productos se mantienen constantes La reacción NO se detiene Aparentemente la reacción se detiene Los colores dejan de cambiar. Cesa el desprendimiento de gases.

N2O4 (g) 2NO2 (g) Incoloro Café oscuro [ ] N2O4 NO2 [ ] N2O4 NO2 Partiendo sólo de NO2 Partiendo sólo de N2O4 [ ] N2O4 NO2 Partiendo de una mezcla de N2O4 y NO2

Reacción reversible Efecto de la temperatura N2O4 (g) 2 NO2 (g) Incoloro Café oscuro Efecto de la temperatura

Constante de equilibrio Para una reacción general del tipo: aA +bB cC + dD Es posible expresar la velocidad para la reacción inversa y directa: Vd = Kd [A]m [B]n Vi = ki [C]m [D]n La relación que permite indicar hacia donde está desplazado el equilibrio, considera únicamente reacciones de carácter elemental (Los coeficientes estequiométricos coinciden con el orden de la reacción) 2 A → B v= k [A]2 A + B → C v = k [A] [B]

Kd [A]a [B]b = ki [C]c [D]d Comparando las velocidades directa e inversa se tiene que: vd = vi Kd [A]a [B]b = ki [C]c [D]d La relación entre Kd y Ki se llama constante de equilibrio:

Ley de acción de masas “En un proceso elemental, el producto de las concentraciones en el equilibrio de los productos elevados a sus coeficientes estequiométricos dividido por el producto de las concentraciones de los reactivos elevados a sus coeficientes estequiométricos , es una constante para cada temperatura llamada constante de equilibrio (Keq)”

Caracteristicas de la Constante de Equilibrio Se puede escribir en términos de concentraciones molares (Kc) o de presiones (Kp) cuando se trata de gases. Es adimensional Solo varía con la temperatura Debido a sus propiedades intensivas (no dependen de la cantidad de sustancia), los sólidos y líquidos puros son omitidos de la expresión. Su magnitud indica si una reacción en equilibrio es favorable a los productos o a los reactantes.

En tendiendo que en una reacción reversible, por convención, se llamarán productos a las especies que se encuentran del lado derecho de la flecha y reactantes a las especies del lado izquierdo se tiene que: Valor de Kc o Kp Característica de la reacción > 1 En el equilibrio la mayoría de los reactantes se han convertido en producto. Reacción favorecida hacia la derecha < 1 En el equilibrio la mayoría de los reactivos queda sin reaccionar formando sólo pequeñas cantidades de productos.

Ejercicios Escriba las expresiones para Kp y Kc, según sea el caso para las siguientes reacciones: HF (ac) + H2O(l) H3O+ (ac) + F- (ac) 2NO(g) + O2 (g) 2NO2 (g) CH3COOH (ac) + C2H5OH (ac) CH3COOC2H5 (ac)+ H2O (l)

A) B) C)

Se ha estudiado el siguiente proceso en equilibrio a 230 °C: 2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g) En un experimento se encontró que las concentraciones en el equilibrio son: [NO]= 0,0542 M, [O2] = 15,5 M, [NO2]= 0,1 M Calcule la constante de equilibrio Kc a la misma T°.

La constante de equilibrio Kp obtenida para la descomposición del pentacloruro de fósforo en tricloruro de fósforo y cloro molecular, es de 1,05 a 250°C. Si las presiones parciales en el equilibrio para el pentacloruro de fósforo y el tricloruro de fósforo son respectivamente 0,875 atm y 0,463 atm. ¿ Cuál es la P°parcial de equilibrio de Cl2 a esta T°?

Relación entre Kc y Kp  

Diferencia de moles entre productos y reactantes Relación entre Kp y Kc

El metanol (CH3OH) se elabora industrialmente mediante la reacción: Ejercicios: El metanol (CH3OH) se elabora industrialmente mediante la reacción: CO (g) + 2H2 (g) CH3OH(g) La Kc es 10,5 a 220°C ¿Cuál es el valor de Kp a esta T°?

Calculo de las concentraciones en el equilibrio Conociendo la Keq para una reacción dada, podemos calcular las concentraciones de reactantes y productos en el equilibrio a partir de las concentraciones iniciales. Como ejemplo consideraremos la conversión entre los isómeros cis y trans del estilbeno.

0,850 -x +x 0,850-x x Si la Keq =24 y C0 = 0,850 mol/L Cis-Estilbeno Trans-Estilbeno C inicial 0,850 Cambio -x +x C equilibrio 0,850-x x

[c-estilbeno] = 0,850-x = 0,850-0,816 = 0,034M [t-estilbeno ] = x=0,816 M [c-estilbeno] = 0,850-x = 0,850-0,816 = 0,034M

Resumen del método para determinar concentraciones en el equilibrio Exprese las concentraciones de equilibrio de todas las especies en términos de las concentraciones iniciales y una sola variable X (representa el cambio de concentración) Escriba la expresión de Keq en términos de las concentraciones de equilibrio. Despeje y obtenga el valor de X. Una vez conocida X, calcule las concentraciones en el equilibrio.

Ejercicios A 1280 °C la Kc de la reacción es1,1x10-3. Si las concentraciones iniciales son [Br2] =6,3 x 10-2M, y [Br] = 1,2 x 10-2 M. Calcule las concentraciones de estas especies en el equilibrio.

Principio de Le Chatelier El equilibrio químico representa un balance entre las reacciones directas e inversas. Algunos cambios de condición pueden afectar el balance y desplazar el equilibro para recuperar el balance. El principio de Le Chatelier es una regla que permite predecir la dirección del desplazamiento del equilibrio.

“Si se presenta una perturbación externa sobre un sistema en equilibrio, el sistema se ajustará de tal manera de contrarrestar dicha perturbación en la medida en que el sistema alcanza una nueva posición de equilibrio”

Factores que alteran el Equilibrio Concentración: Si un sistema está en equilibrio y se agrega una sustancia (ya sea un reactivo o un producto) la reacción se desplazará para reestablecer el equilibrio consumiendo parte de la sustancia agregada.

Agregar H+ Agregar OH-

Volumen y Presión Si un sistema en equilibrio reduce su volumen (aumenta su presión), el sistema desplazará su posición de equilibrio a fin de reducir la presión, es decir, desplazándose hacia donde exista menos número de moles de gas. Por el contrario cuando el volumen aumenta (la presión disminuye) el desplazamiento se llevará a cabo en el sentido en que exista mayor número de moles totales de gas.