velocidad de reacción y equilibrio químico · este es un equilibrio heterogéneo 1. revesamos que...
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Velocidad de Reacción y Equilibrio Químico
Semana 11
Licda. Lilian Judith Guzmán Melgar
Es el estudio de las velocidades de reacción y los factores que influyen en ellas.
Teoría de las Colisiones
Condiciones requeridas para que ocurra una
reacción
1. COLISIÓN: Los reactivos deben chocar
2. ORIENTACIÓN: Los reactivos deben alinearse de
manera adecuada para romper y formar enlaces.
3. ENERGÍA: La colisión debe proporcionar la
energía de activación para que se de la formación
de productos.
Cinética Química
NO HAY REACCIÓN
PORQUE NO TIENEN
LA ORIENTACIÓN
CORRECTA
• Energía necesaria paraque se produzca laruptura de los enlaces delos reactivos después decolisionar.
• Si la energía que resultade la colisión es menorque la energía deactivación, Los
Energía de activación
reactivos, chocan y rebotan, pero no se transforman en
productos, es decir no hay reacción.
Velocidad de Reacción
Se define como: rapidez a la que consumen los reactivos para formar productos
Factores que afectan la velocidad de reacción
• Concentración
• Temperatura
• Catalíticos
• Área superficial
•ConcentraciónCuantas mas moléculas reaccionantes hay en unvolumen específico de líquido o gas, mas colisionesocurren por unidad de tiempo.
•TemperaturaUn incremento en la temperatura aumenta lavelocidad de casi todas las reacciones químicas;inversamente un descenso en la temperaturadisminuye la velocidad.
En muchos casos, la velocidad de reacciónse duplica cuando la temperatura aumenta 10°C .
Es una sustancia que
aumenta la velocidad de
reacción química sin ser
consumida en la reacción.
La masa del catalizador
permanece constante.
En presencia de un
catalizador, la energía de
activación se reduce porque el catalizador cambia la
ruta de la reacción.
En los sistemas vivos, los catalizadores son las
ENZIMAS
3. Catalíticos o catalizadores
4. Área superficialUn área superficial mayor permite aumentar lafrecuencia de colisión, y el resultado es una velocidadde reacción mayor.
Son aquellas que pueden llevarse a cabo en uno u otro
sentido.
Cuando las moléculas empiezan a reaccionar la
velocidad de la reacción directa es mas rápida que la
velocidad de la reacción inversa.
A medida que los reactivos se consumen y los
productos se acumula, la velocidad directa disminuye
la velocidad inversa aumenta
Reacción directa: A → B
Reacción Inversa: A BReacción reversible: A⇄ B
Reacciones Reversibles
• Se presenta cuando la velocidad de la reacción
directa es igual a la velocidad de la reacción
inversa.
En el equilibrio :
• Las velocidades de las reacciones directa e
inversa son iguales.
• Las concentraciones de reactivos y productos
permanecen constantes.
Equilibrio Químico
Ley de acción de masa
(lam)
Es una generalización de la expresión de laconstante de equilibrio para cualquier tipo dereacción reversible.
Esta expresión matemática de la reacciónbalanceada se conoce como:
.
aA + bB cC + dD 𝐾𝑒𝑞 =𝐶 𝒄 𝐷 𝒅
𝐴 𝒂 𝐵 𝒃
Nos ayuda a predecir , hacia donde se desplaza mayoritariamente la reacción.
Keq > 1Reacción desplazada hacia
productos, esencialmente
completa.
Reacción desplazada hacia
reactivos tiene lugar poca
reacción.Keq < 1
Uso de la Keq
Equilibrio homogéneoEs aquel en el cual todos los reaccionantes y los productos se encuentran en el mismo estado.
2 SO2(g)
+ O2(g)
2SO3(g)
Equilibrio heterogéneoEs aquel en el que uno o mas de los reaccionantes óproductos no están en el mismo estado.
4HCl(l)
+ O2(g)
2H2O
(l)+ 2Cl
2(g)
• En un equilibrio heterogéneo solo las especies en la fase homogénea están incluidas en la constante de equilibrio.
• Los reactivos o productos SÓLIDOS Y LIQUIDOS se omiten puesto que sus concentraciones no pueden variarse.
Ejemplos:
2KNO3(s)
⇄ 2KNO2(s)
+ O2(g)
𝐾𝑒𝑞 = 𝑂2
C(s)
+ 2H2(g)
⇄ CH4(g)
𝐾𝑒𝑞 =𝐶𝐻4
𝐻22
1. Escribir las expresiones para las constantes de equilibrio de las siguientes reacciones e indicar si el equilibrio es homogéneo o heterogéneo:
4NH3(g)
+ 5O2(g)
⇄ 4NO(g)
+ 6 H2O
(g)
Este es un equilibrio HOMOGENEO
Todos los reactivos y productos están en estado gaseoso
entonces todos deben aparecer en la expresión de la
constante de equilibrio.
Para esto en el numerador escribimos la multiplicación de las
concentraciones de los productos y en el denominador la
multiplicación de las concentraciónes de los reactivos .
La expresión de la constante de equilibrio queda de la
siguiente manera
Ejemplos
a)CO(g)
+ H2(g)
⇄ CH3OH
(l)
Este es un equilibrio heterogéneo
1. revesamos que la ecuación este balanceada
CO(g)
+2 H2(g)
⇄ CH3OH
(l)
2.Revisamos el estado físico de los reactivos y productos
Vemos que en el caso de los reactivos ambos están en
estado gaseoso y que el producto esta en estado liquido.
Para escribir la expresión de la constante de equilibrio
solo los compuestos que estén en estado gaseoso
aparecerán en la Keq.
3. Escribimos la Keq poniendo en el numerador los
productos y en el denominador los reactivos.
Pero como solo hay un producto y esta en estado líquido
escribimos 1.
Entonces la expresión de la
constante de equilibrio queda
de la siguiente manera:
2 NaHCO3 (s)
⇄ Na2CO
3 (s)+ CO
2(g)+ H
2O
(g)
1. Revisamos que la ecuación este balanceada
2. Revisamos el estado físico de reactivos y productos, en los
reactivos solo hay uno y este esta en estado sólido y hay un
producto solido. Solo el CO2 y H2O son gases, Solo los que
este en estado gaseoso deben aparecer en la Keq.
Este es un equilibrio heterogéneo
3. Como solo hay un reactivo y no puede aparecer en la
expresión entonces ponemos 1, entonces esta expresión no
tiene denominador.
La expresión de la constante de equilibrio queda así:
𝐾𝑒𝑞 = 𝐶𝑂2 𝐻2𝑂
2. Dadas las [ ] en equilibrio calcule el valor de la
constante de equilibrio
2 A (g)
+ B(g)
⇄ 3 C(g)
+ D(g)
[A] = 0.25M; [B] = 0.7 M; [C] = 0.15M; [D] = 0.40 M
1. Escribimos la expresión de la constante de equilibrio
2. Sustituimos valores
La Keq es menor de 1 esto indica que hay mayor cantidad de
reactivos que de productos
4. La reacción : N2O
4(g)⇄2NO
2(g)
Tiene una Keq=0.212
En el equilibrio la [NO2] = 0.40 M, ¿Cuál es la [N
2O
4]?
1. Revisamos que la ecuación este balanceada
2. Escribimos la expresión de la constante de equilibrio
3. Despejamos 𝑁2𝑂4
M
Factores que afectan el equilibrio
Principio de Le Chatelier
Si se aplica una perturbación (como un
cambio de concentración, presión o
temperatura) en una reacción en equilibrio, el
equilibrio se desplaza en la dirección que
disminuya la perturbación.
✓ Si se ↑ [ ] de los reactivos el equilibrio se
desplaza a mayor formación de productos .
(derecha →)
✓ Si se ↓ [ ] de reactivos el equilibrio se
desplaza a disminución de productos.(←)
✓ Si se ↑ [ ] de productos el equilibrio se
desplaza a mayor cantidad de reactivos.(←)
✓ Si se ↓ [ ] de productos el equilibrio se
desplaza a mayor formación de productos.(→)
Concentración
✓ Reacciones endotérmicas se puede considerar al
calor como reactivo para predecir el
desplazamiento del equilibrio.
✓ Reacciones exotérmicas se puede considerar al
calor como uno de los productos.
2KClO3+calor ⇄ 2 KCl + 3 O
2 Endotérmica
N2 (g)
+ 3 H2(g)
⇄ 2 NH3(g)
+ calor Exotérmica
Temperatura
Para que los cambios de presión tengan efecto
apreciable en una reacción química en equilibrio, es
necesario que uno o mas de los reactivos o productos
sea gaseoso.
CO(g) + 3H2(g)CH4(g) + H2O(g)
Presión
FACTOR PerturbaciónDesplazamiento del
Equilibrio
CONCENTRACION
↓ [ ] productos
↑ [ ] reactivosDerecha
→
↓ [ ] reactivos
↑ [ ] productosIzquierda
←
TEMPERATURA
Endotérmicas
Si ↑ T°Derecha
→
Si ↓ T°Izquierda
←
Exotérmicas
Si ↑ T°Izquierda
←
Si ↓ T°Derecha
→
PRESION
Si ↓ PresiónHacia donde hay MAYOR #
de moles de gas
Si ↑ Presión Hacia donde hay MENOR #
de moles de gas
VOLUMEN
↓ VOLUMEN Hacia donde hay MENOR #
de moles de gas
↑ VOLUMEN Hacia donde hay MAYOR #
de moles de gas
Resolviendo los problemas de equilibrio químico
aplicando el Principio de Le Chatelier
Para predecir la dirección del desplazamiento podemos
imaginar un tubo en “U” que contiene un liquido en
su interior. Ambos lados del tubo tienen el mismo nivel de liquido
cuando el sistema esta en equilibrio.
El lado de la IZQUIERDA representa los REACTIVOS y el lado dela DERECHA a los PRODUCTOS.
Al aumentar un reactivo es como que agregáramos liquido al ladoizquierdo.
Al disminuir un reactivo es como si sacáramos liquido del ladoizquierdo.
Al aumentar un producto es como si agregáramos líquido al ladoderecho.
Al disminuir un producto es como si sacáramos un líquido del ladoderecho.
Ejercicio1. Para la reacción en equilibrio
2NO2(g)
⇄ 2NO (g)
+ O2(g)
+ calor
a) Escriba la constante de equilibrio
𝐾𝑒𝑞 = 𝑁𝑂 2 𝑂2
𝑁𝑂2 2
Hacia que dirección se desplazará el equilibrio si se:
b.1 Disminuye la temperatura
2NO2(g)
⇄ 2NO (g)
+ O2(g)
+ calor
Esta es una reacción exotérmica y en las reacciones
exotérmicas se considera al calor como
un PRODUCTO.
Al disminuir la temperatura es como que retiráramos
liquido del lado DERECHO
y el nivel del lado derecho cambia, el liquido contenido
en el tubo se mueve hacia la derecha para que
nuevamente los dos lados tengan el mismo nivel.
Entonces podemos decir que el desplazamiento es a la
derecha
Hacia que dirección de desplazará el equilibrio si se:
b.2 Disminuye el NO de sistema2NO
2(g) ⇄ 2NO
(g)+ O
2(g)+ calor
b.3 Aumenta la temperatura2NO
2(g) ⇄ 2NO
(g)+ O
2(g)+ calor
El NO es un producto , disminuir el NO es
como si sacáramos líquidos del lados de los
productos. El líquido contenido dentro tubo
se mueve para que los dos lados tengan el
mismo nivel, en este caso se movería hacia
la derecha . Podemos decir que el
desplazamiento es hacia la derecha.
Como es una reacción exotérmica el calor
se considere un producto.
Si aumentamos un producto es como si
agregáramos líquido del lado derecho al
tubo, el líquido contenido en el tubo se
mueve a la izquierda.
Podemos decir que el desplazamiento es a
la izquierda
Hacia que dirección de desplazará el equilibrio si seb.4 Aumenta la concentración de NO
2
2NO2(g)
⇄ 2NO (g)
+ O2(g)
+ calor
b.5 Aumenta la presión2NO
2(g) ⇄ 2NO
(g)+ O
2(g)+ calor
El NO2 es un reactivo al aumentar la
concentración de NO2 es como si agregáramos
líquido al lado izquierdo del tubo, el líquido del
contenido del tubo se movería hacia la derecha
para que el nivel de los dos lados sea igual.
Entonces podemos decir que el desplazamiento
es a la DERECHA
Para predecir el desplazamiento del equilibrio:
Vemos cuantos moles de gas hay de lado de los reactivos: hay 2
moles y del lado de los productos: hay 3 moles.
Al aumentar la presión el desplazamiento será hacia donde hay
MENOR número de moles de gas, hacia DERECHA ( ).
2. En la reacción :
PCl5(g)
+ calor ⇄ PCl3(g)
+ Cl2(g)
en qué sentido se desplaza el equilibrio al :a) extraer Cl
2
b) disminuir la temperatura
PCl5(g)
+ calor ⇄ PCl3(g)
+ Cl2(g)
El Cl2 es un producto si se extrae un producto es
como que sacáramos líquido del lado derecho del
tubo. El líquido dentro del tubo se moverá hacia la
derecha para que ambos lados tengan el mismo
nivel. Podemos decir que el desplazamiento es
hacia la DERECHA ( ).
Esta es una reacción endotérmica entonces se
considera al calor como un reactivo. Al disminuir la
temperatura es como si sacáramos liquido del lado
derecho del tubo . El liquido contenido del tubo se
movería hacia la IZQUIERDA ( )
En qué sentido se desplaza el equilibrio al :b) agregar PCl
3
PCl5(g)
+ calor ⇄ PCl3(g)
+ Cl2(g)
b) extraer PCl5
PCl5(g)
+ calor ⇄ PCl3(g)
+ Cl2(g)
El PCl3 es un producto entonces si se agrega
PCl3 es como que agregáramos líquido del lado
derecho, el contenido del tubo se moverá hacia
la izquierda para que los dos lados del tubo
tengan el mismo nivel. Entonces decimos que el
desplazamiento es hacia la IZQUIERDA ( )
El PCl5 es un reactivo al extraer PCl5 es como
que sacáramos líquido del lado IZQUIERDO del
tubo. El contenido del tubo se moverá hacia el
lado izquierdo para que de ambos lados tengan
el mismo nivel. Podemos decir que el
desplazamiento es a la IZQUIERDA ( )
DESPLAZAMIENTODEL
EQUILIBRIO
ENTONCES
Como se afecta la :
a)Aumenta la T° [CO]___ y [CH4]___
b) Aumenta [H2] [CO]__ y [H2O] ___
c) Disminuye [CH4 ] [H2] ___ y [CH
4]____
d) Disminuye la
presión [CO]____ y [H2O] _____
e) Aumenta [CO]
[H2] ___ y [CH
4]____
a.
b.
c.
e.
Este ejercicio los resuelven ustedes
(Las respuesta aparecerán en un documento en el blog)
Llene la tabla utilizando la siguiente ecuación:
Fin