equilibrio quimico
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ELIANA PINO
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REACCIONES REVERSIBLES
E IRREVERSIBLES
UNA REACCION QUIMICA ES
IRREVERSIBLE CUANDO OCURRE EN
UNA DIRECCION
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REACCIONES REVERSIBLES
E IRREVERSIBLES
UNA REACCION QUIMICA ES REVERSIBLE CUANDO OCURRE EN AMBOS SENTIDOS
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REACCIONES
REVERSIBLES REACCIONES DIRECTAS: TRANSFORMACION
PARCIAL DE LOS REACTANTES EN PRODUCTOS
REACCIONES INVERSAS: TRANSFORMACION DE
PARTE DE LOS PRODUCTOS EN REACTANTES
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ENERGIA DE ACTIVACION
ENERGIA NECESARIA PARA INICIAR UNA
REACCION
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UNA REACCIÓN OCURRIRÁ CON GRAN FACILIDAD SI LA Ea DE LA REACCION INVERSA Y DIRECTA SON SIMILARES
UNA REACCION QUE SE DESPLACE DESDE LOS PRODUCTOS HACIA LOS REACTANTES SERÁ MUY POCO PROBABLE, ES DECIR, IRREVERSIBLE, SI LA Ea DE LA REACCIÓN DIRECTA E INVERSA SON MUY DIFERENTES
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EQUILIBRIO QUIMICO
EQUILIBRIO DINÁMICO: SE DEFINE
COMO EL ESTADO QUE ALCANZA UN
SISTEMA CUANDO LAS VELOCIDADES
DE LA REACCIÓN DIRECTA E INVERSA
SON IDÉNTICAS. EN ESE MOMENTO NO
SE PERCIBEN CAMBIOS OBSERVABLES
, ES DECIR, LAS PROPIEDADES
MACROSCOPICAS Y LA COMPOSICION
DE LA MEZCLA PERMANECEN
CONSTANTES
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UN SISTEMA ALCANZA EL
EQUILIBRIO SI…..
ES UN SISTEMA
CERRADO
LAS PROPIEDADES
OBSERVABLES(MASA,
TEMPERATURA) NO
VARIAN EN EL TIEMPO
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VELOCIDAD DE
REACCIÓN
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EL ESTUDIO CINÉTICO DE LA
REACCIÓN MUESTRA QUE AL INICIO, LA
VELOCIDAD DE REACCIÓN DIRECTA ES
MUCHO MAYOR QUE LA INVERSA ,
ESTO SE DEBE A LA DIFERENCIA DE
CONCENTRACIONES ENTRE LOS
PARTICIPANTES. A MEDIDA QUE SE
FORMA EL PRODUCTO, EL REACTANTE
DESAPARECE, CON LO QUE LAS
VELOCIDADES SE IGUALAN
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CONSTANTE DE
EQUILIBRIOLEY DE ACCION DE LAS MASAS
“ EN TODA REACCIÓN QUÍMCA, A UNA DETERMINADA TEMPERATURA, EL PRODUCTO DE LAS CONCENTRACIONES MOLARES DE LOS PRODUCTOS , DIVIDIDO POR EL PRODUCTO DE LAS CONCENTRACIONES MOLARES DE LOS REACTANTES, ELEVADAS CADA UNA DE ELLAS A SUS RESPECTIVOS COEFICIENTES ESTEQUIOMETRICOS, TIENE UN VALOR CONSTANTE”
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aA + bB cC + dD
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¿Qué informa la constante de
equilibrio?
La magnitud de la constante de
equilibrio puede informar si en una
reacción en equilibrio está favorecida la
formación de los productos o de los
reactantes.
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¿Qué informa la constante de
equilibrio?
La magnitud de la constante de
equilibrio puede informar si en una
reacción en equilibrio está favorecida la
formación de los productos o de los
reactantes.
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Considera el equilibrio
Relación KP con KC
La constante de equilibrio en términos de las concentraciones se simboliza por KC y en términos de las presiones parciales por KP.
La relación entre KC y KP es la siguiente KP = KC (RT)Δn, donde R es la constante de los gases, T la temperatura Kelvin y Δn, la diferencia entre los coeficientes estequiométricos de los productos y reactantes. Si Δn = 0, entonces KP = KC.
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Considera el equilibrio
Relación KP con KC
La constante de equilibrio en términos de las concentraciones se simboliza por KC y en términos de las presiones parciales por KP.
La relación entre KC y KP es la siguiente KP = KC (RT)Δn, donde R es la constante de los gases, T la temperatura Kelvin y Δn, la diferencia entre los coeficientes estequiométricos de los productos y reactantes. Si Δn = 0, entonces KP = KC.
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Considera el equilibrio
a) ¿Cuál es la expresión de constante de equilibrio KC?
b) Calcula la constante de equilibrio KC para esta reacción a 25 °C y a 52 °C, a
partir de las concentraciones en el estado de equilibrio de N2O4 y NO2,
dadas en la tabla de la izquierda.
c) ¿Cuál está más favorecido en el equilibrio: el reactante o el producto?
d) ¿De qué manera influye la temperatura en el desplazamiento del equilibrio?
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Equilibrios homogéneos y
heterogéneos
Los equilibrios en los cuales todos los
componentes se encuentran en la misma
fase se consideran equilibrios homogéneos.
Un ejemplo muy sencillo de equilibrio
heterogéneo es la descomposición del
carbonato de calcio en óxido de calcio y
dióxido de carbono, en la ecuación:
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En la constante de equilibrio Kc , no se incluyen las concentraciones de sólidos, líquidos puros y disolventes (en grandes cantidades). El fundamento de esto es que solo se deben incluir en la constante de equilibrio los reactantes o productos, cuyas concentraciones pueden experimentar cambios en el transcurso de la reacción química. Como las concentraciones de un sólido o un líquido puro de un componente no pueden alterarse, no se incluyen en la constante de equilibrio.
Por lo tanto, la constante de equilibrio es:
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Por lo tanto, la constante de equilibrio es:
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Consideremos la siguiente reacción que se
efectúa a la temperatura de 472 °C (745 K):
Las concentraciones iniciales de los reactantes
y del producto son:
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Cuando el sistema alcanza el equilibrio las
concentraciones son:
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LA ENERGÍA DE
ACTIVACIÓN Para que dos o más reactantes den
origen a la formación de productos, es
preciso que sus moléculas choquen con
cierto ángulo y orientación adecuados.
La orientación espacial y el ángulo de
encuentro se define como geometría de
colisión.
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Además de esta condición, las
moléculas deben chocar con energía
suficiente para formar un “complejo
activado”, esto es un estado
intermediario donde las moléculas se
aproximan lo suficiente para establecer
nuevos enlaces entre sus átomos
rompiendo los enlaces “antiguos”
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No todas las colisiones entre las
moléculas reactantes son efectivas: se
dice que un choque entre las moléculas
reactantes es efectivo cuando es capaz
de conducir a la formación del complejo
activado.
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La energía mínima necesaria para que
haya colisiones efectivas es
denominada energía de activación. La
energía de activación es, por lo tanto, la
energía que debe ser suministrada a los
reactantes para que la reacción se
inicie.
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FACTORES QUE
MODIFICAN LA
VELOCIDAD DE UNA
REACCIÓN QUÍMICA
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Temperatura
Si se aumenta la temperatura, la
velocidad de reacción aumenta. Esto se
debe al aumento de la energía cinética,
la que provoca un aumento del número
de moléculas con energía superior a la
energía de activación. Existiendo más
colisiones efectivas, la velocidad de
reacción aumenta
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Concentración de los
reactantes
Ley de Acción de las Masas:
“La velocidad de una reacción es
directamente proporcional al producto
de las concentraciones molares de los
reactantes, elevadas a potencias que
son iguales a los respectivos
coeficientes de la ecuación química”.
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Este enunciado es válido en reacciones
elementales, es decir, aquellas que se
realizan en una sola etapa. Si la
reacción se realiza en varias etapas, la
semireacción más lenta es la que limita
la velocidad de reacción. En este caso,
las potencias no son iguales a los
coeficientes de la ecuación, por lo tanto
deben determinarse experimentalmente.
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Para una reacción general:
aA + bB cC + dD
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Luz
Ciertas reacciones, denominadas reacciones
fotoquímicas son favorecidas por la
incidencia de la luz.
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El Estado Físico de los reactantes
Cuanto más íntimo es el contacto entre los
reactantes, más rápida será la reacción.
Así también los mismos reactantes en fase
gaseosa tendrán una velocidad de
reacción mayor que en fase líquida y éste
mayor que en fase sólida.
Por eso, se acostumbra a disolver los
reactantes antes de hacerlos reaccionar,
aumentando así la superficie de contacto
entre ellos.
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Presión total sobre un sistema
Solamente influye en sustancias gaseosas. En este caso cuanto mayor es la presión, mayor es la velocidad de reacción. El número de colisiones efectivas entre reactantes será mayor cuanta más presión haya en el sistema. Si los reactivos son gaseosos el volumen ocupado será menor si la presión del sistema es mayor, por lo tanto se infiere que el las posibilidades de colisiones eficaces aumentan al igual que la rapidez con la que la reacción ocurre.
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Podemos escribir la expresión de la ley de
acción de las masas para los dos sentidos
de la reacción reversible.
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Se verifica que la velocidad de la reacción directa (V1) va disminuyendo y la velocidad de la reacción inversa (V2) va aumentando con el tiempo, debido al consumo constante de A y B, y a la formación constante de C y D. Después de un cierto tiempo, variable según la naturaleza de la reacción, las concentraciones de A, B, C y D permanecen inalteradas. En este punto, las velocidades V1 y V2 se igualan y diremos que se ha logrado el equilibrio químico
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Como en el equilibrio v1 = V2 ,
tenemos
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La reacción K1 es constante y se llama
K2
constante de equilibrio, en términos de
concentración
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Desplazamiento de Equilibrios
Químicos
PRINCIPIO DE LE CHATELIER Henri Louis Le Chatelier (1850 - 1936)
enunció en 1884 el siguiente principio
conocido como principio de Le
Chatelier o principio de fuga:
“Cuando se ejerce una acción
perturbadora sobre un sistema en
equilibrio, éste se desplaza de tal forma
que trata de contrarrestar dicha acción”.
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Las acciones perturbadoras
pueden ser:
a) presión sobre el sistema
b) temperatura
c) concentración de los reactantes
y productos.
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En el equilibrio gaseoso:
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En equilibrio gaseoso:
Un aumento o disminución en presión no afecta
al equilibrio ya que ambos (reactantes y
productos) ocupan igual volumen.
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INFLUENCIA DE LA
TEMPERATURA
Aumentando la temperatura de un
sistema en equilibrio, éste se desplaza
en el sentido endotérmico de la reación,
en cambio si disminuye la temperatura,
el equilibrio se desplaza en el sentido
exotérmico de la reacción.
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Resumiendo:
En una reacción endotérmica (de izquierda a derecha), el aumento de la temperatura del sistema, saca a la reacción del equilibrio, por tanto, éste se desplaza hacia los reactantes aumentando su concentración y consecuentemente disminuyendo el valor de la constante de equilibrio. La disminución de la temperatura en cambio, provocará el desplazamiento del equilibrio en el sentido exotérmico (hacia los productos). Esto permite que la concentración de productos aumente, al igual que la constante de equilibrio.
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En una exotérmica (de izquierda a derecha), el aumento de la temperatura en el sistema, desplaza el equilibrio en el sentido endotérmico (hacia los reactantes), disminuyendo el valor de la constante de equilibrio. En cambio, si la temperatura disminuye, el sentido del equilibrio se orienta hacia el aumento en la concentración de productos (desplazamiento hacia la derecha). con ello la constante de equilibrio aumenta.
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Esta reacción es exotérmica en el sentido 1 y, consecuentemente endotérmica en el sentido 2, por lo tanto:
Aumento de temperatura ⇒ desplazamiento en sentido 2
Disminución de temperatura ⇒ desplazamiento en sentido 1
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INFLUENCIA DE LAS
CONCENTRACIONES
Un aumento de la concentración de una
de las sustancias presente en el
sistema, desplazará al equilibrio para el
lado opuesto de donde se encuentra
esa sustancia. Viceversa, disminuyendo
la concentración el equilibrio se
desplazará para el mismo lado en que
se encuentra la sustancia.
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aumento de concentración de SO2 u
O2 ⇒ desplazamiento en sentido 1
aumento de concentración de SO3 ⇒desplazamiento en sentido 2
disminución de concentración de SO2 u
O2 ⇒ desplazamiento en sentido 2
disminución de concentración de SO3
⇒ desplazamiento en sentido 1
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Al estudiar la velocidad de la reacción A + B
® C, se realizaron tres experimentos
teniendo los siguientes valores:
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Con estos datos se puede concluir que
la constante de velocidad, k, de la
reacción en unidades (L2.mol-2.s-1) es
A) 0,22
B) 44,0
C) 176
D) 220
E) 440