Presentacin de PowerPoint

EQUILIBRIO QUMICO1Qu es un equilibrio qumico?Es una reaccin que nunca llega a completarse, pues se produce en ambos sentidos (los reactivos forman productos, y a su vez, stos forman de nuevo reactivos).Cuando las concentraciones de cada una de las sustancias que intervienen (reactivos o productos) se estabiliza se llega al EQUILIBRIO QUMICO.

2Equilibrio de molculas(H2 + I2 2 HI)Concentraciones (mol/l)Tiempo (s)[HI][I2][H2]3EQUILIBRIO DINMICO EN SISTEMAS QUMICOS.Las reacciones qumicas pueden clasificarse en funcin de su grado de progreso en:Irreversibles: Transcurren hasta que algunos de los reactivos se consume totalmente; se representan mediante una ecuacin con una flecha ()Ejemplo: Ca(OH)2 (s) + 2 HCl (aq) CaCl2 (aq) + H2O (l) Reversibles: La reaccin transcurre sin que ninguno de los reactivos se consuma totalmente, hasta que se acaba produciendo un equilibrio entre reactivos y productos. Las ecuaciones se representan por una doble flecha ()Ejemplo: H2 + I2 2 HI Se trata de un equilibrio dinmico,pues las reacciones directa e inversa continan producindose incluso despus de alcanzarse el equilibrio; las concentraciones se mantienen constantes, pues las velocidades de la reaccin directa e inversa coinciden

4LA LEY DEL EQUILIBRIO QUMICO En un sistema qumico en equilibrio, las concentraciones de los reactivos y de los productos, expresados en mol L-1, estn relacionadas mediante una ecuacin sencillaEjemplo:Reaccionan entre s H2 e I2, a 45 C :H2 (g) + I2 (g) 2 HI (g)Las concentraciones de H2, I2 e HI en equilibrio son diferentes en cada caso, perola relacin:

llamada cociente de reaccin o expresin de accin de masas, calculada para una situacin de equilibrio, tiene el mismo valor en todos los experimentos.Esta es la ley del equilibrio qumico, tambin llamada ley de accin de masas.La constante 54,5 se representa por Kc y se denomina constante de equilibrio.

5Para una reaccin cualquiera, representada por la ecuacin:a A + b B c C + d DSe denomina cociente de reaccin o expresin de accin de masas a la expresin:

Cuando el sistema est en equilibrio, el cociente de reaccin toma un valor constante para cada temperatura, y se representa por Kc: El cociente de reaccin, Q, es igual a la constante de equilibrio,Kc, slo si el sistema se halla en equilibrio qumico El valor de Kc es independiente de las concentraciones iniciales de los reactivos, y depende exclusivamente de la temperatura

En una reaccin cualquiera: a A + b B c C + d Dla constante Kc tomar el valor:

Para concentraciones en el equilibrioLa constante Kc cambia con la temperaturaATENCIN!: Slo se incluyen las especies gaseosas y/o en disolucin. Las especies en estado slido o lquido tienen concentracin constante y por tanto, se integran en la constante de equilibrio.

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En la reaccin anterior:H2(g)+ I2(g) 2 HI (g)

El valor de KC, dada su expresin, depende de cmo se ajuste la reaccin.Es decir, si la reaccin anterior la hubiramos ajustado como: H2(g) + I2(g) HI (g), la constante valdra la raz cuadrada de la anterior. En una reaccin cualquiera: a A + b B c C + d Dse llama cociente de reaccin a:

Tiene la misma frmula que la Kc pero a diferencia que las concentraciones no tienen porqu ser las del equilibrio.

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Si Q = Kc entonces el sistema est en equilibrio.Si Q < Kc el sistema evolucionar hacia la derecha, es decir, aumentarn las concentraciones de los productos y disminuirn las de los reactivos hasta que Q se iguale con Kc.Si Q > Kc el sistema evolucionar hacia la izquierda, es decir, aumentarn las concentraciones de los reactivos y disminuirn las de los productos hasta que Q se iguale con Kc8La constante de equilibrio Kc vara con la temperatura. Si el sistema no ha alcanzado el equilibrio, el cociente de reaccin Q, puede tomar cualquier valor: Si Q< Kc La reaccin ocurre de izquierda a derecha Si Q= Kc El sistema est en equilibrio Si Q > Kc La reaccin ocurre de derecha a izquierda

9SIGNIFICADO QUMICO DEL VALOR DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO.La constante de equilibrio de una reaccin qumica, indica en qu grado los reactivos se transforman en productos, una vez alcanzado el equilibrio. Si K es muy grande:La reaccin directa progresa hasta que prcticamente se agota alguno de los reactivos. Si K 1:En el equilibrio, las concentraciones de reactivos y productos son similares. Si K es muy pequea:La reaccin est muy desplazada hacia los reactivosApenas se forman productos.

El valor de ambas constantes puede variar entre lmites bastante grandes:H2(g) + Cl2(g) 2 HCl (g)Kc (298 K) = 2,5 1033La reaccin est muy desplazada a la derecha.H2(g) + I2(g) 2 HI(g)Kc (698 K) = 55,0Se trata de un verdadero equilibrio.N2(g) + O2(g) 2 NO (g)Kc (298 K) = 5,3 1031La reaccin est muy desplazada a la izquierda, es decir, apenas se forman productos.10tiempoKC > 105concentracintiempoKC 100concentracinKC < 10-2concentracintiempoCONSTANTE DE EQUILIBRIO (KP)En las reacciones en que intervengan gases es mas sencillo medir presiones parciales que concentraciones: a A + b B c C + d Dy se observa la constancia de Kp viene definida por:11

Ejemplo:N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)

12EQUILIBRIOS GASEOSOS En una mezcla de gases ideales, la presin parcial, pi, de uno cualquiera de los gases viene dada por:pi V = ni R TDonde ni es el nmero de moles del gas, y V es el volumen total de la mezclaPor tanto

siendo ci la concentracin molar del gas.La presin parcial de un gas ideal es proporcional a su concentracin molarSi todos los reactivos y productos de una reaccin son gases, la expresin de la ley de accin de masas puede escribirse en trminos de las presiones parciales, definiendo una nueva constante de equilibrio denominada KpP1=x1PtConviene recordar la relacin entre presin parcial y fraccin molar.Fraccin molar es

En la reaccin vista anteriormente: 2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g) p(SO3)2 Kp = p(SO2)2 p(O2) De la ecuacin general de los gases:p V = n RT se obtiene: np = R T = concentracin R T V SO32 (RT)2Kp = = Kc (RT)1 SO22 (RT)2 O2 (RT)

13Vemos, pues, que KP puede depender de la temperatura siempre que haya un cambio en el n de moles de gases

pcc pDd Cc (RT)c Dd (RT)d Kp = = = pAa pBb Aa (RT)a Bb (RT)b en donde n = incremento en n de moles de gases (nproductos nreactivos)GRADO DE DISOCIACIN ()Se utiliza en aquellas reacciones en las que existe un nico reactivo que se disocia en dos o ms.Es la fraccin de un mol que se disocia (tanto por 1).En consecuencia, el % de sustancia disociada es igual a 100 .

14El grado de disociacin mide la proporcin entre lo que reacciona de una sustancia y la cantidad que se puso inicialmente de la misma.Ejemplo: En un matraz de 5 litros se introducen 2moles de PCl5(g) y 1 mol de de PCl3(g) y se establece el siguiente equilibrio: PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g). Sabiendo que Kc (250 C) = 0,042; a) cules son las concentraciones de cada sustancia en el equilibrio?; b) cul es el grado de disociacin?a) Equilibrio: PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g)Moles inic.: 2 1 0Moles equil. 2 x 1 + x xconc. eq(mol/l)(2 x)/5 (1 + x)/5 x/5 PCl3 Cl2 (1+x)/5 x/5 Kc = = = 0,042 PCl5 (2 x)/5 De donde se deduce que x = 0,28 moles

15PCl5 = (2 0,28)/5 = 0,342 mol/lPCl3 = (1+ 0,28)/5 = 0,256 mol/lCl2 = 0,28 /5 = 0,056 mol/l b) Si de 2 moles de PCl5 se disocian 0,28 moles en PCl3 y Cl2, de cada mol de PCl5 se disociarn 0,14. Por tanto, = 0,14, lo que viene a decir que el PCl5 se ha disociado en un 14 %.Relacin entre Kc y .Sea una reaccin A B + C.Si llamamos c = [A]inicial y suponemos que en principio slo existe sustancia A, tendremos que:Equilibrio: A B + CConc. Inic. (mol/l): c 0 0Reacciona x x xconc. eq(mol/l) c-x x x c(1 ) c c

B C c c c 2Kc = = = A c (1 ) (1 ) En el caso de que la sustancia est poco disociada (Kc muy pequea): 0)Hay que tener en cuenta que las concentraciones de los slidos ya estn incluidas en la Kc por ser constantes. CO H2 Kc = H2Oa) Al p el equilibrio (donde ms moles de gases hay: 1 de CO + 1 de H2 frente a 1 slo de H2O) b) Al T el equilibrio tambin se desplaza hacia donde se consume calor por ser la reaccin endotrmica.

25Variaciones en el equilibrio [reactivos] > 0 [reactivos] < 0 [productos] > 0 [productos] < 0 T > 0 (exotrmicas) T > 0 (endotrmicas) T < 0 (exotrmicas) T < 0 (endotrmicas) p > 0 Hacia donde menos n moles de gases p < 0 Hacia donde ms n moles de gases26IMPORTANCIA EN PROCESOS INDUSTRIALES.Es muy importante en la industria el saber qu condiciones favorecen el desplazamiento de un equilibrio hacia la formacin de un producto, pues se conseguir un mayor rendimiento, en dicho proceso.

En la sntesis de Haber en la formacin de amoniaco [N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)], exotrmica, la formacin de amoniaco est favorecida por altas presiones y por una baja temperatura. Por ello esta reaccin se lleva a cabo a altsima presin y a una temperatura relativamente baja, aunque no puede ser muy baja para que la reaccin no sea muy lenta. Hay que mantener un equilibrio entre rendimiento y tiempo de reaccin.2728EQUILIBRIOS HETEROGNEOS. Una reaccin se dice que es homognea cuando todos los reactivos y productos se mezclan uniformemente formando una nica fase Una reaccin se denomina heterognea cuando en la mezcla de reaccin pueden distinguirse varias fases, fsicamente diferenciadasEjemplo:Los equilibrios entre gases son homogneos, porque todos los gasesson miscibles y se mezclan uniformemente entre sEjemplo:

La descomposicin trmica del bisulfuro amnicoNH4HS (s) NH3 (g) + H2S (g) En el equilibrio existen dos fases: una slida, elNH4HS y otra gaseosa formada por la mezcla homognea del NH3 y el H2S

La constante de equilibrio toma el valor:Equilibrio heterogneo29Constantes de equilibrio en sistemas heterogneos. La concentracin de un slido o de un lquido puro, a una temperatura dada, tiene un valor constante, que no depende de la cantidad de sustancia.

En la expresin de la constante Kc para un equilibrio heterogneo, no aparecen las concentraciones de los slidos ni las de los lquidos puros. Analogamente, la constante Kp correspondiente a un equilibrio heterogneoslo incluye las presiones parciales de las sustancias gaseosas.Ejemplo:NH4HS (s) NH3 (g) + H2S (g)La concentracin molar de NH4HS permanece constante, de forma independiente al nmero de gramos presentes; por tanto el trmino [NH4HS(s)] se puede incorporar a la constante de equilibrio Kc y obtener una nueva constante, Kc, que vale: Kc = Kc [NH4HS(s)] = Cuando se da el valor de la constante de equilibrio de una reaccin heterogneasiempre se refiere a Kc, aunque se omita la tilde.

Concentracin (mol L-1) en el equilibrio

Experimento(H2( (mol L-1)(I2( (mol L-1)(HI( (mol L-1)

(HI( 2((H2((I2(

I0,02130,02130,157354,5

II0,04270,04270,314854,5

III0,03200,03200,236054,5

IV0,02660,02660,196854,5

Valor medio = 54,5