Conferencia

Química General

Tema: Equilibrio Químico

Condición cinética del equilibrio químico

H2 (g) + I2 (g) = 2 HI (g)

dt

d

dt

d inversadirecta

Las concentraciones de las tres sustancias permanecen invariables en el tiempo, mientras no sean alteradas las condiciones anteriores

La extensión en el equilibrio no cambia

Se llega a un estado de equilibrio dinámico (ambas reacciones continúan ocurriendo)

Condición termodinámica del equilibrio químico

Es un estado al cual tienden los sistemas espontáneamente.

Sus propiedades y naturaleza son las mismas, cualquiera que sea el sentido desde el cual se alcance.

Un estado de equilibrio dado se caracteriza por una constante cuyo valor solo depende de la temperatura.

El sistema en equilibrio representa un compromiso entre dos tendencias: la de alcanzar el estado de energía libre mínima y el de entropía máxima y se cumple que la variación de energía libre del sistema es cero, G = 0

Condición termodinámica del equilibrio químico

G0 0

Reacción espontánea

G0 0

Reacción no espontánea

Ecuación de Equilibrio

(HI)ck)c(I)c(Hk 2i22d

vd = vi

reordenando

i

d

k

k

))c(Ic(H

(HI)c

22

2

=

H2 (g) + I2 (g) = 2 HI (g)

Condición cinética del equilibrio químico

Kc Expresión de acción de masas

))c(Ic(H

(HI)ccK

22

2

(X)ccK x

Ecuación de Equilibrio

(X)ccK x

Constante de equilibrio en función de las concentraciones

(X)ppK X Constante de equilibrio en función de las presiones parciales

Constantes de equilibrio referidas al estado estándar

c0(x)= 1 mol/L p0= 100 kPa

Kc0 = Kc /(c0(x))x Kp

0 = Kp /(p0)x

Relación entre las distintas ecuaciones de equilibrio

T.R.n(X).VpX Ecuación de Estado del Gas Ideal

T.R.c(X)pX

(X)ppK X

XT.R.c(X)pK

constante de equilibrio en función de las presiones

XT).(R.KK cp

X)T/p.(R.)((c.KK 000c

0p

x

Extensión de reacción y constante de equilibrio

• Mayor Keq Mayor ξ en el equilibrio

• Keq > 1 (proceso espontáneo)

• Keq < 1 (proceso no espontáneo)

Cálculo de la constante de equilibrio a partir de la isoterma de reacción

QlogTR2,303ΔGΔG 0r Isoterma de reacción

0ΔG

En el equilibrio:

0eqKQ y

0p

0eq KK 00 log303,2 eqr KRTG

Gr0 0 Kp

0 1 reacción espontánea

Gr0 0 Kp

0 1 reacción no espontánea

Grado de conversión

El grado de conversión o transformación (), es la relación entre la extensión de equilibrio y extensión máxima.

máx

eq

ξ

ξα

¿Qué masa de yoduro de hidrógeno puede obtenerse cuando se introducen en un recipiente adecuado de un litro de capacidad 254,0 g de diyodo y 2,1 g de dihidrógeno, si la Kc

0=45,7 ?

Ejemplo

Cuadro estequiométrico

H2 (g) + I2 (g) = 2 HI (g)

n0 1,05 mol 1,00 mol 0 mol

n -eq -eq 2 eq

neq 1,05-eq 1,00-eq 2 eq

Ceq 1,05-eq/1 1,00-eq/1 2 eq/1

n= eq

n(x)eq= n0(x)+ eq

c(x)eq= n(x)eq/V

))/c(c(I.))/c(c(H

)(c(HI)/c0

20

2

200cK =

y

Carece de sentido químico

ξ)(1,00.ξ)(1,05

)(2ξ45,7

2eq

mol0,79ξeq1 mol,461ξeq2

047,48 ξ.685,93ξ.41,7 eq2

eq

no(x)

Ejemplo

n(HI) = 1,58. 1 mol.L-1.L

n(HI) = 1,58 mol

m(HI) = 1,58 mol . 128,0 mol.g.mol-1

m(HI) = 202,24 g.

Tanto por ciento de conversión = .100 = 0,79 . 100 = 79%

c(HI) = = 1,58 mol L

mol

1

0,79.2

mol

mol

1,00

0,79α

79,0

Factores que modifican el equilibrio químico

El principio de equilibrio móvil de Le Chatelier-Braun afirma que, si una acción determinada modifica las condiciones existentes en cualquier sistema en equilibrio, el sistema evolucionará en el sentido que tienda a eliminar la causa que ha producido la alteración.

Concentración de las diferentes sustancias

Presión

Temperatura

Concentración de las diferentes sustancias

Al aumentar o disminuir la concentración de una de las sustancias presentes en el equilibrio químico, aumenta o disminuye la velocidad de la reacción en la cual toma parte y, según el Principio de Le Chatelier-Braun, el sistema reducirá la velocidad que haya aumentado o aumentará la velocidad que se haya reducido.

Cuando se alcance un nuevo estado de equilibrio, las concentraciones de cada especie presente en este, son distintas de las del estado inicial de equilibrio, pero el valor de la constante de equilibrio no se ha alterado

Aumentar la concentración de un reaccionante

vd

vi

E E'2”

vd =vi

v'd =v'i v'd

v'i

v

t

Presión

El Principio de Le Chatelier-Braun permite predecir que, si se aumenta la presión, el sistema evoluciona de forma que se favorezca la formación de menor número de moléculas de sustancias al estado gaseoso. Si la reacción tiene lugar sin variación en el número de moléculas gaseosas, una alteración de la presión no afectará el equilibrio del sistema.

N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g)

Un aumento de la presión (reducción del volumen) favorece la formación de amoníaco, ya que el equilibrio se desplaza hacia la formación de menor número de moléculas al estado gaseoso según el principio de Le Chatelier- Braun.

TemperaturaLa energía de activación de la reacción endotérmica es mayor que la de la reacción exotérmica y por ello, cuando se varía la temperatura de una reacción química en estado de equilibrio, se afecta más la constante de velocidad específica de la reacción endotérmica y por tanto su velocidad, por lo que si se aumenta la temperatura el equilibrio evoluciona en el sentido de la reacción que absorbe calor.

Ead: Energía de activación de la reacción directa.

Eai: Energía de activación de la reacción inversa

Ep

Reaccionantes

Productos

Ead Eai

ΔHd > 0

Coordenada de reacción

i

dc k

kK

su valor se afecta con variaciones de temperatura