TEMA 9 - Equilibrio Químico

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Equilibrio Químico
Química General e Inorgánica
Universidad Nacional de Los Comechingones
Lic. Cecilia C. Díaz
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Reacción Química:
aA + bB  cC + dD
Se rompen y forman enlaces
Lleva consigo intercambio de calor y energía
¿SE PRODUCIRÁ LA REACCIÓN?
Termodinámica ΔG menor a 0
¿CUÁN RÁPIDO SE PRODUCIRÁ LA REACCIÓN?
Cinética química
Estudio completo de una reacción química
¿Cuál es el rendimiento de una reacción química?
Equilibrio Químico
Reacción Química: aA + bB  cC + dD
Se rompen y forman enlaces
Lleva consigo intercambio de calor y energía
Este calor se estudia a partir de:
Termodinámica: Rama de la Física que estudia el calor, el trabajo, la energía y los cambios que ellos producen en los estados de los sistemas.
Termoquímica: Rama de la Química que estudia el calor cedido o absorbido en las reacciones químicas.
Una variable que caracteriza a una RQ es la 
ENTALPÍA DE REACCIÓN
ΔH
E
PROCESOS ENDOTERMICOS: los alrededores deben suministrar calor al sistema ΔH (+)
PROCESOS EXOTERMICOS: proceso que cede calor, es decir, que transfiere energía térmica hacia los alrededores ΔH (-)
Equilibrio Químico
CONCEPTO:
Las reacciones químicas alcanzan 
un estado de equilibrio dinámico
en el que las velocidades de
reacción directa e inversa son 
iguales y no hay ningún cambio 
neto en la composición.
Decir que el equilibrio es dinámico 
significa que cuando una reacción a
alcanzado el equilibrio, sus reacciones
directas e inversas continúan, pero 
los reactantes se forman tan rápido como se consumen. Como consecuencia, la composición de la mezcla de reacción permanece constante. 
Reacciones Irreversibles
Na(s) + H2O(l)  Na2O(s) + H2(g) DH < 0
Na2O + H2O  2 NaOH
C(graf) + O2(g)  CO2 (g) DH < 0
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Reacciones Reversibles
 H2(g) + I2(g) 	 2 HI (g)	T = 445 K
+
DH = -55 KJ/mol 
t∞
Cuando se alcanza t∞
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Reacción Directa
Reacción Inversa
vd = kd [H2][I2] 
vi = ki [HI]2 
 H2(g) + I2(g) 	 2 HI (g)	T = 445 K
vd
vi
vd
vi
vd
vi
vd
vi
vd
vi
vd = vi
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vd = kd [H2][I2] 
vi = ki [HI]2 
vd = vi
 kd [H2][I2] = ki [HI]2 
 kd / ki = [HI]2 / [H2][I2] 
 H2(g) + I2(g) 	 2 HI (g)	T = 445 K
vd
vi
En el equilibrio:
Keq = kd / ki 
Equilibrio Químico
 aA + bB 	 c C + d D
vd
vi
Tipos de Constantes
Depende solo de la Temperatura
Depende solo de la Temperatura
Depende de la Temperatura y de la Presión
Relación entre KC, KP y KX
KP = KC (RT)Δn (g)
KP = KX PT Δn (g)
Donde 
∆n (g) = (c + d) – (a + b)
	
PT es la Presión Total
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Interpretación de KC
Prod
Rvos
Prod
Rvos
Equilibrio desplazado hacia la formación de productos
Equilibrio desplazado hacia la formación de reactivos
Constante de equilibrio en equilibrios heterogéneos
Los reactivos o productos se encuentran en diferentes estados de agregación 
 La concentración para sustancias puras se consideran iguales a la unidad
NUNCA APARECERÁN LAS CONCENTRACIONES DE LÍQUIDOS O SÓLIDOS EN LAS CONSTANTES DE EQUILIBRIO
Ejercicios
Clasifique los siguientes equilibrios en homogéneo o heterogéneo y plantee la constante de equilibrio Kc y Kp en cada caso
H2(g) + Br2 (l)↔ 2 HBr(g)
MgCO3(s)↔MgO(s) + CO2(g)
1 N2(g) + 3 H2(g)↔ 2 NH3(g)
	Al calentar a 600º C anhídrido sulfuroso con oxígeno, se obtiene una mezcla en equilibrio que contiene por litro 0,0106 moles de SO3, 0,0032 moles de SO2 y 0,0016 moles de O2. Calcular:
La constante Kc
La Kp correspondiente al equilibrio:
		2 SO2(g) + O2(g)↔ 2 SO3(g)
KP = KC (RT)Δn (g) = 6857.9 (0.082 Atm L/K mol x 873 K)-1 = 95.74
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Dependencia de K con la temperatura: Ecuación de Van´t Hoff
Integración Definida 
Ó
Integración Indefinida 
y = A x + B
Con x = T-1
 A = - DH/R
 B = C
 
Para la siguiente reacción:
				 2 HI (g)↔ H2 (g) + I2 (g)
	La constante de equilibrio Kp = 2,18 10-2 atm a 764 K y el ΔH para la reacción es 2950 cal/mol. Calcular la constante de equilibrio a 667 K. 
K2= 1,64 x 10-2
PRINCIPIO DE LE CHATELIER
El principio de Le Chatelier (1884) es una regla que permite establecer la dirección en la que se desplaza un sistema en equilibrio cuando es perturbado: "Si un sistema en equilibrio es perturbado, evolucionará en el sentido de anular la perturbación introducida hasta alcanzar un nuevo equilibrio.“
Si se modifica alguna condición a la que se encuentra un sistema en equilibrio (sea un cambio en la presión, temperatura o concentración de un reactivo/producto), el equilibrio se desplazará tendiendo a contrarrestar el efecto de dicha modificación 
Parámetros que NO modifican la KC
Parámetros que SI modifican la KC
 Concentración (R y P)
 Presión Total
 Temperatura
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Principio de Le Chatelier: CONCENTRACIÓN
Efecto de las concentraciones
 Aumento en la concentración de reactivos  (Esto desplazará el equilibrio a la derecha)
	
El agregado de reactivos incrementa el número de colisiones entre las moléculas de reactivos, por lo que vd aumenta y el equilibrio se desplaza hacia la formación de productos. 
 Aumento en la concentración de productos  (Esto desplazará el equilibrio a la izquierda)
El agregado de productos incrementa el número de colisiones entre las moléculas de productos, por lo que vi aumenta y el equilibrio se desplaza hacia la formación de reactivos. 
vi
4 HCl(g) + O2(g) 2 H2O(g) + 2 Cl2(g) DH = - 114 kJ
vd
Al añadir una de las especies químicas al sistema el equilibrio se desplaza en el sentido de consumir la especie añadida. 
NO SE PRODUCE MODIFICACIÓN EN EL VALOR DE KC
Principio de Le Chatelier : PRESIÓN
Efecto de la Presión:	
 Aumento en la Presión total del sistema  El equilibrio se desplaza de tal manera de 					 reducir la presión del sistema.
	
vi
4 HCl(g) + O2(g) 2 H2O(g) + 2 Cl2(g) DH = - 114 kJ
vd
Solo afecta a sistemas con diferente número de moles gaseosos entre reactivos y productos
La presión del sistema se reduce desplazando el equilibrio hacia la zona en donde exista el menor numero de moles gaseosos. Así el equilibrio se desplaza a la derecha .
Reactivos (5 moles gaseosos)  Productos (4 moles gaseosos)
EN EL SISTEMA EN ESTUDIO AUMENTA LA CONCENTRACIÓN DE PRODUCTOS
El aumento de la presión total, generará que todas las colisiones aumenten. Sin embargo, las colisiones entre las especies mas abundantes aumentarán en mayor grado, lo cual favorecerá la reacción entre estas, desplazando el equilibrio hacia una disminución de la presión del sistema por reducción en el número de moles totales. 
¿Por qué la Presión solo afecta a equilibrios con distinto número de moles gaseosos?
Consideremos la siguiente reacción simple en condición de Equilibrio Químico:
aA (g) b B(g)
vi
vd
vd = kd [A]a 
vi = ki [B]b 
A
A
A
A
B
B
B
B
A
A
A
B
B
B
B
A
Si a = b  El aumento de P (Disminución de V) Genera un aumento en [A] y [B], pero el efecto de este aumento es igual en vd que en vi por lo que la relación vd/vi no varía. 
A
A
A
A
A
A
B
B
A
A
A
B
A
B
A
A
Si a > b  El aumento de P (Disminución de V) Genera un efecto mayor sobre el aumento de [A] que sobre el de [B]. Haciendo vd > vi y desplazando el equilibrio.
kd y ki DEPENDEN SOLO DE T
B
B
B
B
A
A
A
A
 AUMENTA LA PRESION DISMINUYE EL VOLUMEN
EL EQUILIBRIO SE DESPLAZA FAVORECIENDO LA REACCION NETA QUE REDUCE EL NUMERO TOTAL DE MOLES DE GAS
4 MOLES
2 MOLES
ECUACION DEL GAS IDEAL
Principio de Le Chatelier : Ejemplo 1 
Efecto de la Temperatura: Dependerá de si la reacción es exotérmica o endotérmica
Recordar Ley de Hess: Si	 A  B DH < 0
				 B  A DH > 0
			 
	
vi
4 HCl(g) + O2(g) 2 H2O(g) + 2 Cl2(g) DH = - 114 kJ
vd
Ejemplo 1: El aumento de la temperatura desplazará el equilibrio hacia la formación de reactivos, ya que favorece la reacción inversa (DH = + 114 KJ)
Si la temperaturade un sistema se aumenta, el sistema reaccionará de la misma manera que si agregásemos un reactivo en el caso de reacciones endotérmicas o un producto en reacciones exotérmicas. El equilibrio se desplazará para consumir el exceso de esta “especie” (en este caso el calor)
Endotérmico
Exotérmico
Aumento de T
Disminución de T
Aumento de T
Disminución de T
Eq se desplaza a la derecha
Eq se desplaza a la izquierda
Eq se desplaza a la derecha
Eq se desplaza a la izquierda
Aumento de la temperatura  Aportamos calor al sistema, por lo que la reacción 			 que consuma calor se verá favorecida. 
LA MODIFICACIÓN DE LA TEMPERATURA AFECTA A KEQ
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Relación entre ∆G y K
La variación de energía libre de Gibbs estándar de una reacción química, ∆G°, se determina cuando reactivos y productos se encuentran inicialmente a concentración de 1 M, 1 atmósfera de presión y 25°C de temperatura según: 
En otras condiciones experimentales (no estándar):
Una reacción química está en equilibrio cuando la variación de Energía libre de Gibbs es igual a cero (∆G = 0); y Q = Keq
¿Qué datos nos aporta Q?
Equilibrio
La reacción directa procede para formar mas productos
La reacción inversa procede para formar mas reactivos
Equilibrio
La reacción A2 + B2 ↔ 2 AB tiene la constante de equilibrio Kc =4. Las siguientes figuras representan mezclas de reacción que contienen moléculas de A2 (esferas rojas), moléculas de B2 (esferas azules) y moléculas de AB
A2 + B2 ↔ 2 AB
Calculemos la relación Q para todos los casos
Caso 1  
Caso 2
Caso 3 
Q1 > KC 
Q2 = KC 
Q3 < KC 
R P
Equilibrio
R P
¿Cuál es la mezcla de reacción que está en equilibrio?
Para las mezclas de reacción que no están en equilibro, ¿la reacción irá en la dirección de productos o de reactivos para llegar al equilibrio?
Considere la interconversión de las moléculas de A (esferas rojas) en moléculas de B (esferas azules), de acuerdo con la ecuación: A ↔ B. Cada una de las siguientes series de figuras representa un experimento por separado, suponga que el tiempo aumenta de izquierda a derecha.
a) ¿Cuál de los experimentos ha alcanzado un estado de equilibrio?
b) ¿Cuál es el valor de la constante de equilibrio Kc para la reacción A ↔ B?
c) Explique por qué se puede calcular Kc sin conocer el volumen del recipiente de reacción
Las siguientes figuras representan la composición de la mezcla en equilibrio para la reacción A + B  AB a 300 K y a 400 K
A + B ↔ AB
El incremento de la temperatura genera la desaparición de productos generando mayor cantidad de reactivos. Esto implica que la reacción inversa es endotérmica, por lo que la reacción tal cuál está planteada resulta exotérmica.
¿La reacción es exotérmica o endotérmica? Explique su respuesta aplicando el principio de Le Châtelier.
¿Cuál de los siguientes valores relativos de kd y ki da como resultado una mezcla en equilibrio que contiene grandes cantidades de reactivos y pequeñas cantidades de productos?
kd<ki
kd = ki
kd>ki
kd<ki
¡Muchas gracias por su atención!