tema 4 equilibri quimic 2 batx
Post on 23-Jul-2015
2.682 Views
Preview:
TRANSCRIPT
TEMA 4Equilibri Químic
Tema 4 Equilibri Quimic 2
4.1 Introducció a l’equilibri químic. ◗ Hi ha reaccions de dos tipus:
• irreversibles A+B ⇒ C+D
• aquelles que “s’aturen” quan s’esgota el reactiu limitant
• reversibles A+B⇔C+D
• reaccions que mai arriben a “aturar-se” donat que es produeixen en els dos sentits (els reactius formen productes i aquests a la seva vegada tornen a formar reactius)
• Com funcionen?• En les condicions inicials, nosaltres disposem d'unes certes quantitats de reactius A i
B
• Passant un cert temps, podem observar que la reacció s'ha iniciat i els reactius es transformen en productes.
• Els productes resultants es descomponen alhora que es formen i tornen a donar un altre cop els reactius.
• Arriba un moment en què la velocitat de la reacció directa i inversa s'iguala i les concentracions de cada una de les substàncies que intervé (R o P) s’estabilitza llavors és quan s'assoleix l'equilibri.
• En aquest, encara que transcorri molt de temps, les condicions d'equilibri no varien mentre no es modifiquin les condicions externes del sistema.
Tema 4 Equilibri Quimic 3
• L’equilibri per tant:
• es dinàmic (tot i que externament les concentracions siguin constants). Es a dir a l’equilibri hi ha el mateix nombre de partícules de reactius i de productes, però aquestes han anat canviant.
• A una temperatura determinada les condicions de l'estat d'equilibri són les mateixes.
• Observem algunes animacions:
• http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/animations/no2n2o4equilV8.html
• http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/animations/equilvpBr2V8.html
Tema 4 Equilibri Quimic 4
Exemple: H2 + I2 ⇔ 2 HI
Equilibri químicC
once
ntra
cion
s (m
ol/l
)
Temps (s)
[HI]
[I2]
[H2]
Observem la variació de la concentració amb el temps
Tema 4 Equilibri Quimic 5
4.2 Constant d’equilibri de concentracions (Kc)
◗ A una reacció qualsevol: a A + b B ⇔ c C + d Dla constant Kc pren el valor
• les concentracions aquí indicades són les del equilibri.
• La constant Kc depen de la temperatura
• ATENCIÓ!: Només s’indiquen a Kc les espècies gasoses i/o en disolució.
• Les espècies en estat sòlid o líquid tenen concentració constant i per tant el seu valor ja està inclós al valor de Kc
[ ] [ ]
[ ] [ ]
c d
c a b
C DK
A B
×=×
Tema 4 Equilibri Quimic 6
◗ Exemple:H2(g)+ I2(g) ⇔ 2 HI (g)
◗ El valor de KC depen de cóm estigui igualada la reacció
◗ Es a dir, si la reacció anterior l’haguessim igualat ½ H2(g) + ½ I2(g) ⇔ HI(g), la constant sería l’arrel quadrada de l’anterior.
2
2 2
[ ]
[ ] [ ]c
HIK
H I=
×
Tema 4 Equilibri Quimic 7
Exemple: Tenim l’equilibri 2 SO2(g) + O2(g) ⇔ 2 SO3(g). Es fan cinc experiments en els quals s’introdueixen diferents concentracions inicials dels reactius. Es produeix la reacció i un cop arribat a l’equilibri es mesuren les concentracions de Reactius i productes, obtenint les següents dades:
280,60,3630,3430,0370,250,400,15Exp 5
280,50,5680,0660,1320,70——Exp 4
280,00,1430,0260,0530,20——Exp 3
280,70,1350,3320,014—0,400,15Exp 2
279,20,1700,1550,030—0,200,20Exp 1
Kc[SO3][O2][SO2][SO3][O2][SO2]
Concentr. equilibrio (mol/l)
Concentr. iniciales (mol/l)
Tema 4 Equilibri Quimic 8
◗ A la reacció anterior: 2 SO2(g) + O2(g) ⇔ 2 SO3(g)
◗ KC s’obté aplicant l’expresió:
◗ i com es pot observar és pràcticament constant• - no depen de les concentracions inicials• -depèn de la Temperatura a la qual es fa la reacció.
◗
23
22 2
[ ]
[ ] [ ]C
SOK
SO O=
×
Tema 4 Equilibri Quimic 9
Exercici A: Escriviu les expresions de KC pels següents equilibris químics: a) N2O4(g) ⇔ 2 NO2(g);b) 2 NO(g) + Cl2(g) ⇔ 2 NOCl(g);c) CaCO3(s) ⇔ CaO(s) + CO2(g); d) 2 NaHCO3(s) ⇔ Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g).
◗ a)
◗ b)
◗ c)
◗ d)
=2
2
2 4
[ ]
[ ]c
NOK
N O
=×
2
22
[ ]
[ ] [ ]c
NOClK
NO Cl
= 2[ ]cK CO
= ×2 2[ ] [ ]cK CO H O
Tema 4 Equilibri Quimic 10
◗ S’ha de tenir en compte que també afecten els coeficients estequiomètrics però podem aproximar que per:
◗ Kc<1 • la reacció està desplaçada cap a Reactius, la concentració de A i B és més elevada a
la de C i D
◗ Kc>1 • la reacció està desplaçada cap a Productes, la concentració de C i D és més elevada
a la de A i B.
Interpretació del valor de Kc [ ] [ ]
[ ] [ ]
c d
c a b
C DK
A B
×=×
Tema 4 Equilibri Quimic 11
tiempo
KC ≈ 100
conc
entr
ació
n
tiempo
KC > 105
conc
entr
ació
n
KC < 10-2
conc
entr
ació
n
tiempo
Tema 4 Equilibri Quimic 12
Com podem saber si en un moment donat estem a l’equilibri?
Calculant el quocient de concentracions Qc (la seva expresió és la mateixa de Kc, però no sabem si les concentracions es troben a l’equilibri)
Qc=Kc la reacció està a l’equilibri
Qc>Kc Hi ha més C i D del que hauria d’haver-hi es desplaçarà cap a Reactius
Qc<Kc Hi ha més A i B del que hauria d’haver-hi es desplaçarà cap a Productes
[ ] [ ]
[ ] [ ]
×=×
c d
a b
C DQ
A B
Tema 4 Equilibri Quimic 13
Valor de la constant a partir d’altres constants d’equilibri
◗ Una reacció pot ser escrita com a combinació algebràica d’altres (Llei de Hess), doncs si es tracten de reaccions reversibles la seva Kc també pot ser escrita com una combinació algebraica d’altres K’c
◗ Fem els exemples del llibre pag. 85
Tema 4 Equilibri Quimic 14
4.3 Constant d’equilibri (Kp)
◗ A les reaccions en que intervenen gasos és més senzill mesurar lés pressions parcials que les concentracions.
◗ Per una reacció qualsevol• a A(g) + b B (g) ⇔ c C (g) + d D(g)
◗ També es pot definir una constant de pressions Kp
c dC D
P a dA D
p pK
p p
×=
×
Tema 4 Equilibri Quimic 15
◗ Intentem relacionar mitjançant la llei dels gasos ideals PV= n RT les dues constants d’una reacció on intervenen gasos
◗ P= n/V. RT= [ ]RT
◗ pcc · pD
d [C]c (RT)c · [D]d (RT)d
Kp = ———— = —————————— =Kc. (RT)∆n
◗ pAa · pB
b [A]a (RT)a · [B]b (RT)b
on ∆n = increment en nº de mols de gasos (nproductes – nreactius)
∆= × ( ) nP CK K RT
4.4 Relació entre les constants Kc i Kp
Tema 4 Equilibri Quimic 16
Valors de Kc i Kp.
◗ El valor d’ambdues constants pot variar entre límits bastant grans:
◗ La reacció està molt desplaçada a productes
◗ H2(g) + Cl2(g) 2 HCl (g)Kc (298 K) = 2,5 ·1033
◗ Es tracta d’un veritable equilibri
◗ H2(g) + I2(g) 2 HI(g)Kc (698 K) = 55,0
◗ La reacció està molt desplaçada a reactius (gairebé no es formen productes)
◗ N2(g) + O2(g) 2 NO (g)Kc (298 K) = 5,3 ·10–31
Tema 4 Equilibri Quimic 17
4.5 Grau de dissociació (α).
◗ S’utilitza normalment en reaccions a les quals hi ha un únic reactiu que es dissocia en dos o més.
◗ α= nreaccionen/ n inicials= [reacciona]/ [inicial]
◗ Així expressat el grau de dissociació és un tant per ú.
◗ El % de sustancia dissociada és igual a 100 · α.
Tema 4 Equilibri Quimic 18
4.6 Factors que modifiquen l’equilibri
◗ Si un sistema es toba en equilibri (Q = Kc) i es produeix una perturbació:
• Canvi en la concentració d’algun/s dels reactius o productes.
• Canvi en la pressió o volum
• Canvi en la temperatura.
◗ El sistema deixa d’estar en equilibri i tracta de tornar a ell, desplaçant-se en el sentit que compensi la pertorbació produïda.
◗ PRINCIPI DE LE CHATELIER:
◗ “Un canvi o pertorbació en qualsevol de les variables que determinen l’estat d’equilibri químic produeix un desplaçament de la reacció en esl sentit de contrarrestar o minimitzar l’efecte causat per la pertorbació”
Tema 4 Equilibri Quimic 19
a) Canvi en la concentració d’algun dels reactius o productes.
◗ Si un cop establert l’equilibri es modifica la concentració d’algun reactiu o producte l’equilibri desapareix.
◗ Les concentracions inicials d’aquest nou equilibri són les de l’equilibri previ més les variacions que s’hagin introduït (augment o disminució de concentració)
◗ Lógicament, la constant és la mateixa , per la qual cosa:• si augmentem la [ reactius] l’equilibri tendirà a contrarrestar aquest
augment i es desplaçarà cap a productes
• Si disminuim la [ reactius] l’equilibri tendirà a contrarrestar aquesta disminució i es desplaçarà cap a reactius.
Tema 4 Equilibri Quimic 20
b) Canvi en la pressió o en el volum (només per equilibris on intervinguin gasos)
◗ Si un cop establert l’equilibri en el que intervenguin gasos es modifica la pressió:
• Si augmenta la P l’equilibri tendirà a contrarrestar aquest augment desplaçant-se cap a on hi hagi menys mols de gas
• Si disminueix la P l’equilibri tendirà a contrarrestar aquesta disminució desplaçant-se cap a on hi hagi mes mols de gas
• En el cas que el nombre de mols gas sigui el mateix a reactius i a productes l’equilibri NO pot contrarrestar una alteració de la P o el V.
◗ En el cas de modificar el volum com P.V= nRT, es a dir P i V son inversament proporcionals pensarem
• Si augmenta V, la P disminuirà i podrem aplicar els criteris anteriors
• Si disminueix V, la P augmetna i podrem aplicar els criteris anteriors.
Tema 4 Equilibri Quimic 21
c) Canvi en la Temperatura
◗ Si un cop establert l’equilibri es modifica la Temperatura:
• Si augmentem la T l’equilibri es desplaça en el sentit que es consumeixi aquest calor, es a dir´:
• Si la reacció és endotermica cap a productes (consumeix Q)
• Si la reacció és exotèrmica cap a reactius
• Si disminuim la T l’equilibri es desplaça en el sentit que la reacció desprengui calor, es a dir´:
• Si la reacció és exotèrmica cap a productes (es despren Q)
• Si la reacció és endotèrmica cap a reactius
Tema 4 Equilibri Quimic 22
d) Efecte dels catalitzadors
• Un catalitzador és una substància que augmenta la velocitat de les reaccions.
• A nivell industrial aconseguir produïr el màxim en el mínim de temps equival a més guanys.
• Un catalitzador NO modifica l’equilibri (les concentracions o pressions seràn les mateixes) però permet que s’arribi més ràpidament al mateix.
Tema 4 Equilibri Quimic 23
4.7 Relació entre la constant d’equilibri i l’energia lliure de Gibbs
• L’energia lliure de Gibbs informa sobre la exponteneïtat o no d’una reacció, si recordem:
∀ ∆G = ∆H - T∆S
∀ ∆S és l'entalpia del sistema
• T, la temperatura en ºK
∀ ∆H l'entalpia del sistema.
◗ Criteri espontaneïtat:
∀ ∆G<0 procès espontani
∀ ∆G>0 procès no espontani
Tema 4 Equilibri Quimic 24
◗ L’expressió matemàtica que relaciona ∆G i Kc és la següent (no es fa la demostració matemàtica, massa complexa pel curs)
∀ ∆G = ∆Gº +RTLnK
• Com a l’equilibri ∆G=0:
∆Gº = -RTLnK
• Atenció¡¡ com ∆Gº es treballa en el S.I en J
– la R haurà de ser 8,31 J/(ºK.mol)
– El valor de K vindrà donat en el S.I (Pa o mol/m3)
top related