Semana 11 2015 Licda Isabel Fratti de Del

Semana 11 -2015 Licda : Isabel Fratti de Del Cid Velocidad de reacción y Equilibrio químico Diapositivas con imágenes, ilustraciones, cuadros, proporcionados por Licda. Lilian Guzmán Melgar 1

Cinética Química Es el estudio de las velocidades de reacción y los factores que afectan a la velocidad de reacción. TEORIA DE COLISIONES Indica que una reacción tiene lugar solo cuando las moléculas ó átomos de reactivos, chocan con la orientación adecuada y suficiente energía. Pueden ocurrir muchas colisiones, pero muy pocas conducen a la formación de productos. 2

Condiciones indispensables para que ocurra una reacción § A- Colisión : los reactivos deben chocar es decir colisionar entre ellos. § B-Orientación: Los reactivos deben alinearse correctamente para romper y formar enlaces. § C- Energía : La colisión debe suministrar suficiente energía para alcanzar la energía de activación necesaria para esa reacción. 3

Orientación correcta Productos de la reacción NO HAY REACCIÓN Orientación incorrecta 4

Energía de Activación Es la cantidad mínima de energía necesaria para romper los enlaces entre las partículas de los reactivos. Si la energía que resulta de la colisión es menor que la energía de activación, los reactivos, chocan y rebotan, pero no se transforman en productos, es decir no hay reacción. 5

ENERGIA Energía de Activación ENERGIA DE ACTIVACION PRODUCTOS REACTIVOS AVANCE DE LA REACCION 6

Velocidad de Reacción Se define como la cantidad de reactivo consumido o de producto obtenido en un periodo dado de tiempo. Factores que afectan la velocidad de reacción 1. Temperatura 2. Concentración de reactivos 3. Catalízadores ( catalíticos) 7

1. Concentración de reactivos Al aumentar la concentración de las partículas reaccionantes, aumenta el número de colisiones y la reacción avanza más rápido : [Reactivos] Velocidad de reacción 2. Temperatura A temperaturas más altas, aumenta la energía cinética de las partículas, se mueven más rápido, chocan más veces y con suficiente energía para formar productos, por lo tanto la velocidad de reacción aumenta. Temperatura velocidad de reacción 8

3. Catalíticos o Catalizadores 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 Uso de catalíticos velocidad de reacción 9

Reacciones Reversibles En algunas reacciones, se forman los productos y éstos interactúan y chocan para formar los reactivos nuevamente. Son aquellas que pueden llevarse a cabo en uno u otro sentido, hasta llegar al equilibrio. Reacción directa : Reacción Inversa: Reacción reversible: A B A ⇄ B 10

Equilibrio Químico Punto en el cual la velocidad de la reacción directa es igual a la velocidad de la reacción inversa. Los reactivos forman productos con la misma frecuencia que los productos forman reactivos. En el equilibrio : Las velocidades de las reacciones directa e inversa son iguales. Las concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes ( no iguales ), es decir ya no hay cambios en las concentraciones de reactivos y productos. 11

Ley de Acción de Masas Establece que cuando una reacción reversible alcanza el equilibrio, se le puede calcular a una temperatura dada su Constante de equilibrio ( Keq), la cual se expresa de la manera siguiente: Para la reacción a. A + b. B ⇋ c. C + d. D Keq = [C] c [D] d Concentraciones molares de los productos l [ A] a [ B ]b Concentraciones molares de reactivos 12

El valor numérico de la Keq se obtiene al dividir el producto de las concentraciones molares en el equilibrio de los productos dentro del producto de las concentraciones molares de los reactivos, cada una elevada a la potencia que corresponde a su coeficiente en la ecuación balanceada. a. A + b. B ⇄ c. C + d. D Keq = [C]c[D]d [A]a[B]b Keq 1 el equilibrio se desplaza a la formación de productos Keq 1 el equilibrio se desplaza a la formación de reactivos 13

Equilibrio Homogéneo Es aquel en el cual todos los reactivos y productos se encuentran en el mismo estado físico ( gas, liquido , sólido). Equilibrio Heterogéneo Es aquel en el que uno o mas de los reaccionantes ó productos no están en el mismo estado ( ejemplo unos son gases y otros sólidos) 14

Uso de el valor de la Keq Nos ayuda a predecir , hacia donde se desplaza mayoritariamente la reacción. Keq = 1 reacción moderada Keq > 1 reacción desplazada hacia productos, esencialmente completa. Keq < 1 reacción desplazada hacia reactivos, tiene lugar poca reacción.

En un equilibrio heterogéneo los reactivos o productos SÓLIDOS sin disolver se omiten puesto que sus concentraciones no varían significativamente. Ejemplos : 2 KNO 3(s) ⇄ 2 KNO 2(s) + O 2(g) Keq= [O 2] C(s) + 2 H 2(g) ⇄ CH 4(g) Ca. O (s) + CO 2 (g) Keq= [CH 4 ] [H 2]2 ⇄ Ca. CO 3 (s) Keq = Nota: la concentración de los sólidos no se escriba en la expresión y cálculo de Keq 1_ [ CO 2] 16

Ejemplo de cálculo de Keq: Calcule la Keq y diga hacia donde se halla más desplazado el equilibrio para la reacción: N 2 (g) + 3 H 2 (g) ⇄ 2 NH 3 (g) Sabiendo que en el equilibrio : [N 2]= 0. 2 [H 2] = 0. 4 [ NH 3]= 0. 3 Keq = [ NH 3] 2 Keq = (0. 3)2 _ [ N 2] [H 2] 3 (0. 2)(0. 4) 3 Keq= 7. 03, como es mayor de 1, la reacción se halla más desplazada al lado de los productos es decir hacia la derecha. 17

Ej de cálculo de la concentración de uno de los reactivos ó productos conociendo Keq Calcule la [H 2], para la siguiente reacción , sabiendo que la Keq = 0. 8 y en el equilibrio: [CO] = 0. 2 [H 2 O] = 0. 1 [CO 2] = 0. 4 CO (g) + H 2 O (g) ⇄ CO 2 (g) + H 2 (g) Keq = [CO 2][ H 2] 0. 8 = (0. 4) ( x ) [ CO ][H 2 O] (0. 2) (0. 1) ( x) = 0. 8 (0. 2) (0. 1) / (0. 4) = 0. 04 [ H 2 ] = 0. 04 Resp. [H 2 ] = 0. 04 18

Ejemplos: 1. Escribir las expresiones para las constantes de equilibrio de las siguientes reacciones: y diga si se trata de equilibrios homogéneos ó heterogéneos. a) PCl 5 (g) ⇄ PCl 3 (g) + Cl 2(g) b) 4 NH 3(g) + 5 O 2(g) ⇄ 4 NO(g) + 6 H 2 O(g) c) 2 Na. HCO 3 (s) ⇄ Na 2 CO 3 (s) + CO 2(g) + H 2 O(g) 2. Dadas las [ ] en equilibrio calcule el valor de la constante de equilibrio 2 A+B⇄3 C+D [A] = 0. 35 M; [B] = 0. 9 M; [C] = 0. 10 M; [D] = 0. 50 M 19

¿Cuál es el valor de la constante de equilibrio ( K eq ) para la siguiente reacción? CO 2(g) + H 2(g) ⇄CO(g) + H 2 O(g) Si [CO] =0. 25 M, [H 2 O] =0. 4 M, [CO 2]=0. 50 M [H 2]=0. 1 M La Keq de la reacción siguiente es 0. 212. Cuando [NO 2] = 0. 40 M, ¿Cuál es la [N 2 O 4] en el equilibrio? N 2 O 4(g) ⇄ 2 NO 2(g) 20

Factores que afectan el equilibrio § Concentración -Si se aumenta la [Reactivos ] el equilibrio se desplaza a mayor formación de productos. Es decir hacia la derecha. (derecha →) -Si se disminuye la [Reactivos ] el equilibrio se desplaza a la izquierda a mayor formación de reactivos ( Izquierda ←) -Si se aumenta la [productos ] el equilibrio se desplaza a mayor formación de reactivos ( izquierda ←) -Si se disminuye la [ productos ]el equilibrio se desplaza a mayor formación de productos (→ derecha) 21

Temperatura Reacciones endotérmicas: necesitan calor se puede considerar al calor como reactivo para predecir el desplazamiento del equilibrio. Reacciones exotérmicas: Liberan calor ; se puede considerar al calor como uno de los productos. 2 KCl. O 3 + calor ⇄ 2 KCl + 3 O 2 Endotérmica N 2 (g) + 3 H 2(g) ⇄ 2 NH 3 (g) + calor Exotérmica ↑ de T el equilibrio → ENDOTERMICA ↓de T el equilibrio ← ↑ de T el equilibrio ← EXOTERMICA ↓de T el equilibrio → 22

§ Presión 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) + 3 H 2(g) CH 4(g) + H 2 O(g) ↓ PRESIÓN Se desplaza, hacia donde hay MAYOR # de moles de gases ↑ PRESIÓN Se desplaza hacia donde hay MENOR # de moles de gases PRE SIÓN 23

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. Es decir, el sistema responde cambiando la velocidad de reacción hacia la derecha o a la izquierda, para minimizar la perturbación y restablecer el equilibrio. 24

Generalmente: «El equilibrio se desplaza en contra del aumento y a favor de la disminución» . Es decir: Si aumentamos algo que esta en la derecha, el equilibrio se desplaza a la izquierda. ( contra el aumento) Si disminuimos algo que está en la derecha, se desplaza a la derecha ( a favor de la disminución). Si aumentamos algo que está en la izquierda, el equilibrio Se desplaza hacia la derecha (contra el aumento). Si disminuimos algo que esta en la izquierda el equilibrio se desplaza hacia la izquierda ( a favor de la disminución) Las prediciones de Le Chatelier acerca de las alteraciones o perturbaciones del equilibrio se resumen en el siguiente cuadro. 25

FACTOR CONCENTRACION Perturbación ↓ [ productos ] ↑ [ reactivos ] Derecha ↓ [ reactivos ] ↑ [ productos ] Izquierda Si ↑ T Endotérmicas A + calor B Si ↓ T TEMPERA TURA Si ↑ T Exotérmicas A B + calor Desplazamiento del Equilibrio Si ↓ T → ← Derecha → Izquierda ← Derecha → Si ↓ Presión Hacia donde hay MAYOR # de moles de gas Si ↑ Presión Hacia donde hay MENOR # de moles de gas PRESION 26

Para la reacción en equilibrio 2 NO 2(g) ⇄ 2 NO (g)+ O 2(g) + calor A-Es exotérmica ó endotérmica. ? R: Exotérmica B-Escriba la constante de equilibrio : Keq = [ O 2 ] [ NO] 2 [ NO 2 ] 2 C-Es equilibrio homogéneo/ heterogéneo? R: Homogéneo D-- Hacia que dirección ( IZQUIERDA Ó DERECHA ) de desplazará el equilibrio si se: D. 1 - Aumenta la temperatura: R: Izquierda ( ) D. 2 - Disminuye [ NO] : R: Derecha ( ) D- 3 - Disminuye la temperatura. R: Derecha ( ) D-4 - Aumenta [ NO 2]. R: Derecha ( ) D-5 - Aumenta la presión. R: Izquierda ( ) 27

Resuelva lo siguiente: Considere el siguiente sistema: C 2 H 6 (g) C 2 H 4(g) + H 2 (g) + Calor Prediga hacia donde se desplaza el equilibrio si: a) Aumentamos la temperatura_____ b) Disminuimos [ C 2 H 4]_______ c) Aumentamos [ H 2 ]. ______ d) Disminuimos la presión: _______ e) Disminuimos la temperatura____

Fin 29