Equilibrio químico

Equilibrio químico Escala macroscópica: Las concentraciones de reactivos y productos permanecen estables con el tiempo (equilibrio termodinámico) Escala microscópica o molecular: Las reacciones globales directa e inversa se producen constantemente e igual medida (equilibrio dinámico)

¿Qué tienen en común estos tres puntos de equilibrio? Equilibrio químico puntos iniciales puntos de equilibrio (conc. iniciales, M) (conc. de equilibrio, M) exper. [CO] [H2] [CH3OH] [CO]eq [H2]eq [CH3OH]eq ¿Qué tienen en común estos tres puntos de equilibrio? 1 0,1000 0,1000 0,0911 0,0822 0,00892 2 0,1000 0,0753 0,151 0,0247 3 0,1000 0,1000 0,1000 0,138 0,176 0,0620 exp. 1 exp. 2 equilibrio químico conc. molar equilibrio químico conc. molar conc. molar equilibrio químico exp. 3 tiempo tiempo tiempo

Equilibrio químico Punto de equilibrio de una reacción a una T dada: Las concentraciones de reactivos y productos, permanecen constantes en el tiempo Las concentraciones de equilibrio no son únicas Existen muchos puntos de equilibrio de una reacción a una T dada Cada punto inicial conduce a un punto de equilibrio ¿Qué tienen en común todos los puntos de equilibrio de una reacción a una T dada?

Condición de equilibrio químico

Energía libre de Gibbs de reacción cociente de reacción termodinámico de la mezcla de reacción reactivos y productos en un punto de la reacción (no estándar) reactivos y productos en condiciones estándar

Cociente de reacción (termodinámico estándar) A, B, G, H: solutos y disolventes líquidos C, I: gases no aparecen: sólidos y líquidos puros Q no tiene unidades y sólo depende de las concentraciones y las presiones parciales En estado estándar, se presentan los siguientes casos: soluto: gas: disolvente:

Cociente de reacción (termodinámico estándar) Expresión tradicional A, B, G, H: solutos líquidos, concentraciones molares (sin las unidades) C, I: gases, presiones parciales en atm (sin las unidades) no aparecen: sólidos y líquidos puros, ni disolventes Q no tiene unidades y sólo depende de las concentraciones y las presiones parciales

Energía libre de Gibbs de reacción cociente de reacción termodinámico de la mezcla de reacción reactivos y productos en un punto de la reacción (no estándar) reactivos y productos en condiciones estándar punto inicial (mezcla de reacción inicial) punto intermedio (mezcla de reacción en un momento de su evolución hacia el equilibrio) punto de equilibrio (mezcla de reacción en el equilibrio alcanzado desde el punto inicial) Energía libre de Gibbs total de la mezcla de reacción Q en el transcurso de la reacción

Condición de equilibrio químico: Constante de equilibrio cociente de reacción termodinámico de la mezcla de reacción reactivos y productos en un punto de la reacción (no estándar) reactivos y productos en condiciones estándar cociente de reacción del punto de equilibrio mezcla de reacción en un punto de equilibrio Constante de equilibrio termodinámica a la temperatura T [no tiene unidades]

Condición de equilibrio químico: Constante de equilibrio Ley de acción de masas Significado del valor numérico de K Muy pequeña: en el equilibrio los reactivos son mucho más abundantes que los productos. Muy grande: en el equilibrio los productos son mucho más abundantes que los reactivos. Intermedia: en el equilibrio hay proporciones significativas de reactivos y productos Reactivos Productos

Relación entre K y la estequiometria Inversión: cuando se invierte la ecuación química, se invierte el valor de K Multiplicación: cuando se multiplican los coeficientes estequiométricos, la constante de equilibrio se eleva a la potencia correspondiente Combinación: si una ecuación química es igual a la suma de otras, su K es igual al producto de las Ks de las otras

Evolución espontánea hacia el equilibrio Punto inicial Punto de equilibrio Punto de equilibrio Punto inicial los reactivos dan productos los productos dan reactivos

Evolución espontánea hacia el equilibrio punto inicial los productos dan reactivos punto de equilibrio punto de equilibrio los reactivos dan productos punto inicial

Equilibrios homogéneos. Disoluciones, Kc Se deben usar molaridades, sin incluir las unidades. No aparece el disolvente. Kc no tiene unidades

Equilibrios homogéneos. Gases, Kp y Kc Se deben usar presiones en atm, sin incluir las unidades Kp no tiene unidades Relación entre Kp y Kc si comportamiento ideal: Kp y Kc no tienen unidades R en atm.L.K-1mol-1; T en K; ambos sin incluir las unidades

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 5. Equilibrio químico A la vista de los datos experimentales de la transparencia 6 para la reacción ¿cuánto vale el cociente de reacción Qc en cada experimento en el momento inicial y tras alcanzar el equilibrio? ¿Cuánto vale Kc a la T de los experimentos? puntos iniciales puntos de equilibrio (conc. iniciales, M) (conc. de equilibrio, M) exper. [CO] [H2] [CH3OH] Qc [CO]eq [H2]eq [CH3OH]eq Qc 1 0,1000 0,1000 0,0911 0,0822 0,00892 14,5 2 0,1000  0,0753 0,151 0,0247 14,4 3 0,1000 0,1000 0,1000 100,0 0,138 0,176 0,0620 14,5 Kc=14,5 Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 5. Equilibrio químico

Equilibrios heterogéneos No aparecen los sólidos ni los líquidos puros

Variación de la constante de equilibrio con la temperatura: Ecuación de Van’t Hoff pendiente: Ec. de Van’t Hoff [Nótese el paralelismo con la ley de Arrhenius] Reacción endotérmica Reacción exotérmica dirección de aumento de T La constante de equilibrio aumenta al aumentar T La constante de equilibrio disminuye al aumentar T

Principio de Le Châtelier Es un enunciado cualitativo que se llama así porque fue introducido inicialmente como Principio por Le Châtelier, aunque hoy es una consecuencia de los Principios de la Termodinámica. Cuando un sistema en equilibrio se perturba, el sistema responde oponiéndose a la perturbación y alcanzando un nuevo punto de equilibrio

Efecto de los cambios de concentración Perturbación del equilibrio Respuesta del sistema Aumento de reactivos Consumo de reactivos Disminución de productos Generación de productos hasta Aumento de productos Consumo de productos Disminución de reactivos Generación de reactivos hasta

Efecto de los cambios de concentración Perturbación del equilibrio Respuesta del sistema Aumento de reactivos Consumo de reactivos Disminución de productos Generación de productos hasta Aumento de productos Consumo de productos Disminución de reactivos Generación de reactivos hasta

Efecto de los cambios de volumen o presión Cambios de volumen (reacciones con gases) a T constante Cuando se aumenta (disminuye) el volumen, el sistema responde aumentando (disminuyendo) el número total de moles de gas, para restituir parcialmente la densidad. Desplazamiento

Efecto de los cambios de volumen o presión Cambios de presión (reacciones con gases) a T constante Cuando se aumenta (disminuye) la presión, el sistema responde disminuyendo (aumentando) el número total de moles de gas, para disminuirla (aumentarla). Desplazamiento

Efecto de los cambios de volumen o presión Adición de gases inertes (reacciones con gases) - a P y T constantes Para mantener constante P tras añadir un gas inerte, V aumenta, y el sistema responde aumentando el número de moles de gas. Se llega a la misma conclusión usando la expresión usada para discutir el efecto de la presión. - a V y T constantes Al permanece V constante, no hay ningún efecto sobre el equilibrio.

Efecto de los cambios de temperatura Reacción endotérmica Reacción exotérmica Desplazamiento El aumento de T desplaza el equilibrio en el sentido de la reacción endotérmica. La disminución de T lo desplaza en el sentido de la reacción exotérmica

Efecto de los cambios de temperatura Reacción endotérmica Reacción exotérmica Desplazamiento El aumento de T desplaza el equilibrio en el sentido de la reacción endotérmica. La disminución de T lo desplaza en el sentido de la reacción exotérmica

Efecto de los catalizadores Cambian las energías de activación directa e inversa No cambian la energía libre de Gibbs de reacción No cambian la constante de equilibrio No influyen en la condición de equilibrio No tienen ningún efecto sobre el mismo.