EQUILIBRIO QUÍMICO Ing. Francisco Javier Camacho Calderón

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1 EQUILIBRIO QUÍMICO Ing. Francisco Javier Camacho Calderón

2 BIBLIOGRAFÍA Phase Equilibria in Chemical Engineering S. M. WALLAS
Chemical Reaction Equilibrium Análysis: Theory and Algorithms W. R. SMITH, R. W. MISSEN Equilibrium - Stage Separation Operations in Chemical Engineering E. J. Henley, J. D. Seader

3 Equilibrio químico - Restricciones
Sistema cerrado. Puede intercambiar energía con el M.A. Pueden coexistir varias fases. Puede ocurrir reacción química. Masa fija. No intercambia masa con su M.A.  Ecs. Elemento-componente.

4 Equilibrio químico - Conceptos Básicos
Sistema químico Sistema químico cerrado Sistema químico factible

5 Equilibrio químico Solución general a las Ecs. elemento- componente.

6 Equilibrio químico - Ecs. Linealmente Independientes
Se cumple que: R = N - C  # Ecs. linealmente independientes. 1. Matriz fórmula 2. Formar matriz identidad lo más grande posible en esquina superior izquierda. Reducción de Gauss.

7 Equilibrio químico - Ecs. Linealmente Independientes
3. C = Rango(A); # de 1s en la diagonal principal de A*; R = N - C 4. Encontrar la matriz estequiométrica N Columnas de N  Ec. estequiométrica (reacción). Sus elmtos.  Coeficientes estequimétricos. (+)  Prod., (-) Reactivo, (0) ausente.

8 Equilibrio químico - Formulación de Equilibrio
Eq. A partir de: dGT,P = 0 1. Formulación Estequiométrica. Minimizar restricciones.  G(T,P,n)  G(T,P,)

9 Equilibrio químico - Formulación de Equilibrio
2. Formulación No Estequiométrica. Problema de minimizar  matemático. Mediante multiplicadores de Lagrange.

10 Equilibrio químico - Formulación de Equilibrio
Restricción. Asumimos por conveniencia: M = C = Rango(A)

11 Equilibrio químico - Potencial químico
Gas Ideal. Po = 1. Gas No Ideal. Liquidos y sólidos

12 Equilibrio químico - Potencial químico
Soluciones de Gases Ideales. Soluciones Ideales. x*i  Composición en el estado estándar. Dos convenciones para el estado estandar.

13 Equilibrio químico - Potencial químico
1. Convención de Roult. Para solvente. Componente puro. x*i  1 2. Convención de Henrry. Para solutos. Dilución Infinita. x*i  0

14 Equilibrio químico - Potencial químico
Puede utilizarse otras formas de concentración. Molalidad.

15 Equilibrio químico - Potencial químico
Puede utilizarse otras formas de concentración. Molaridad. Electrolitos.

16 Equilibrio químico - Potencial químico
Soluciones no ideales. Reemplazar composición por actividad. Información de Go disponible. 1. Energía libre de formación estándar. 25ºC.

17 Equilibrio químico - Potencial químico
Información de Go disponible. 2. Funciones de Energía libre.

18 Equilibrio químico - Potencial químico
Información de Go disponible. 3. Entropia convencional absoluta So junto a entalpías de formación estándar Hof. 4. Potenciales de electrodo estándar Eo.

19 Equilibrio químico – Constante de equilibrio
Si se sustituye el potencial químico en la formulación estequiométrica del Eq., luego se separan los términos independientes de la composición y se eliminan logaritmos:

20 Equilibrio químico – Constante de equilibrio
Ka se denomina constante de equilibrio. Sin embargo Ka no es realmente constante. Depende de P y T principalmente y es afectada por la presencia de inertes en el sistema. Se creía constante pues a P y T fijas es independiente de la composición del sistema.

21 Constante de equilibrio influencia de la Temperatura
Ka varia con los cambios de T de acuerdo con la Ec. de Van’t Hoff: Donde la entalpía (calor) de reacción depende de la temperatura y se relaciona con ella según la Ec. de Kirchoff.

22 Constante de equilibrio influencia de la Temperatura
⇒ Ka crece cuando se incrementa T en reacciones endotérmicas (ΔHj > 0). El Equilibrio se desplaza hacia los productos → ε crece. Ka decrece cuando se incrementa T en reacciones exotérmicas (ΔHj < 0). El Equilibrio se desplaza hacia los reactivos → ε decrece.

23 Constante de equilibrio influencia de la presión
En general Ka varia con los cambios de P de acuerdo con: Donde ΔVj es el cambio e volumen que se produce cuando se lleva a cabo la reacción y depende del coeficiente de expansión volumétrica.

24 Constante de equilibrio influencia de la Presión
Es despreciable en reacciones que se llevan a cabo en fase líquida y/o sólida. Solo es importante en reacciones que ocurren en fase gaseosa cuyo coeficiente de expansión volumétrica es diferente de cero.

25 Constante de equilibrio influencia de la Presión
⇒ ε crece cuando se incrementa P en sistemas con → El Equilibrio se desplaza hacia los productos. ε decrece cuando se incrementa P en sistemas con → El Equilibrio se desplaza hacia los reactivos. ε no refleja las variaciones de Ka, qwue es independiente de P si el estado estándar es independiente de P.

26 influencia de la LA PRESENCIA DE INERTES SOBRE k
Similar pero opuesta al efecto de P. ⇒ ε decrece cuando se incrementa P en sistemas con → El Equilibrio se desplaza hacia los reactivos. ε crece cuando se incrementa P en sistemas con → El Equilibrio se desplaza hacia los productos.

27 definiciones importantes
Especie Química. Se distingue por: Formula molecular. CH4 , H2O Estructura molecular, cuando falla la primera. n - C4 , i - C4 Fase o estado físico cuando falla la segunda. H2O (g) , H2O (l). Substancia Química. Se distingue por las dos primeras caracteristicas.

28 definiciones importantes
Elemento. Incluyen: Isótopos envueltos en cambios isotópicos. H2O = D2O, Carga protónica p cuando estan involucradas especies iónicas. NH4+ ⇒ N, H, p = 1; SO4= ⇒ S, O, p = -2; Inertes presentes. N2.