SEMANA 11 VELOCIDAD DE REACCIN Y EQUILIBRIO QUMICA

SEMANA 11 VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EQUILIBRIO QUÍMICA 2020 1

SEMANA 11 VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EQUILIBRIO QUÍMICO VELOCIDAD DE REACCIÓN Definición de: Cinética Química. Teoría de colisiones. -Velocidad de reacción y Factores que la afectan: -temperatura, concentración, catalíticos, área superficial. EQUILIBRIO QUÍMICO Definición. Homogéneo y Heterogéneo. Reacciones reversibles. Ley de Acción de Masas. Constante de equilibrio, Keq. Principio de Le Chatelier: -Factores que lo afectan: Concentración, Presión, Temperatura Aplicación de los conceptos en la salud y el ambiente. Lecturas en libro de texto. -La Química en el Ambiente: “Convertidores Catalìticos” -La Química en la Salud: “Equilibrio Oxìgeno-Hemoglobina e Hipoxia” “Homeostasis: Regulación de la Temperatura Corporal” Laboratorio: Factores que afectan la velocidad de reacción y Equilibrio 2

Cinética Química Es el estudio de las velocidades en las que se llevan a cabo las reacciones químicas y los factores que afectan esta velocidad de reacción. 3

Para que los reactivos puedan reaccionar deben de chocar o colisionar entre sí. TEORÍA DE COLISIONES Debe de darse lo siguiente: 1. Colisión: los reactivos deben chocar es decir colisionar entre ellos. 2. Orientación: los reactivos deben alinearse correctamente para que la colisión rompa y forme enlaces. 3. Energía: la colisión debe suministrar suficiente energía para alcanzar la energía de activación necesaria para esa reacción. 4

Orientación correcta Productos de la reacción NO HAY REACCIÓN Orientación incorrecta 5

Energía de Activación ENERGIA DE ACTIVACION ENERGIA Es la mínima cantidad de energía necesaria para que los reactivos reaccionen y puedan formar los productos. PRODUCTOS REACTIVOS AVANCE DE LA REACCION 6

Velocidad de Reacción Se define como la cantidad de reactivo que reacciona o la cantidad de producto que se forma en un periodo dado de tiempo. Factores que afectan la velocidad de reacción 1. Concentración de reactivos 2. Temperatura 3. Área superficial 4. Catalizadores ( catalíticos) 7

1. Concentración [ ] de reactivos (es directamente proporcional a la velocidad de reacción) [Reactivos] Velocidad de reacción 2. Temperatura (es directamente proporcional a la velocidad de reacción) Temperatura velocidad de reacción 3. Área Superficial (es directamente proporcional a la velocidad de reacción) Área superficial Velocidad de reacción 4. Catalítico o Catalizador (generalmente es directamente proporcional a la velocidad de reacc. ) Al agregar Catalítico velocidad de reacción 8

Catalítico o Catalizador Sustancia que aumenta la velocidad de una reacción química porque reduce su energía de activación. • No forma parte de los reactivos en la reacción. • La cantidad de catalizador permanece igual al principio y al final de la reacción. • LAS ENZIMAS son los catalizadores en los sistemas biológicos. 9

Reacciones Reversibles (⇄) Son las reacciones que se llevan a cabo en dos sentidos: directo (derecha) e inverso (izquierda) Reacción directa: R P (las estudiadas hasta hoy) Reacción inversa: R P Reacción reversible: R ⇄ P En estas reacciones se forman los productos, luego éstos reaccionar entre sí y forman los reactivos nuevamente hasta alcanzar un EQUILIBRIO QUÍMICO. 10

EQUILIBRIO QUÍMICO (Se da solo en las reacciones reversibles) • Es el punto en el cual la velocidad de la reacción directa o a la derecha R P (V 1) es igual a la velocidad de la reacción inversa o a la izquierda R P (V 2). • Cuando los reactivos forman productos a una velocidad igual a la que forman los reactivos, en ese momento se ha alcanzado el equilibrio. R⇄P V 1= V 2 • Las reacciones en equilibrio mantienen sus concentraciones de reactivos y productos constantes, o sea que no aumentan ni disminuyen (pero no significa que sean iguales). • En este punto a cada reacción reversible se le puede calcular una Constante de Equilibrio llamada Keq. 11

TIPOS DE EQUILIBRIO QUÍMICO Equilibrio Homogéneo Reacción en la que reactivos y productos se encuentran en el mismo estado físico. 2 SO 2(g) + O 2(g) ⇄ 2 SO 3(g) Equilibrio Heterogéneo Uno o varios reactivos ó productos están en diferente estado físico. 4 HCl(l) + O 2(g) ⇄ 2 H 2 O(l) + 2 Cl 2(g) (Para calcular Keq solo se toman en cuenta los reactivos o productos en estado gasesos) 12

Para calcular el valor de la Constante de Equilibrio (Keq) se utiliza la ecuación llamada Ley de Acción de Masas ó Expresión de la Keq = [C] c [D] d [A] a [ B]b a. A + b. B ⇋ c. C + d. D Establece que cuando una reacción reversible alcanza el equilibrio, se le puede calcular su Constante de equilibrio ( Keq) a una temperatura dada. Los corchetes [ ] significan concentración Molar (m/L) Los exponentes son los coeficientes. La ecuación debe de estar balanceada y se toman en cuenta solo los compuestos en estado gaseoso. N 2 (g) + 3 H 2 (g) ⇄ 2 NH 3 (g) Keq= [NH 3]2 [N 2] [H 2]3 13

EL VALOR NUMÉRICO DE LA Keq NOS INDICA EN QUE DIRECCIÓN SE FAVORECE UNA REACCIÓN Keq mayor a 1: se favorece la formación de PRODUCTOS Keq menor a 1: se favorece la formación de REACTIVOS

Keq is Large. 15

Keq is Small. © 2013 Pearson Education, Inc. Chapter 9, Section 4 16

Large and Small Keq Values 17

Para calcular la Keq de una reacción, solo se toman en cuenta los reactivos o productos gaseosos. 2 KNO 3(s) ⇄ 2 KNO 2(s) + O 2(g) C(s) + 2 H 2(g) ⇄ CH 4(g) Keq= [O 2] Keq= [CH 4] [H 2]2 Ca. O (s) + CO 2(g) ⇄ Ca. CO 3(s) 18

Cálculo de Keq: 1. Calcular la Keq para la reacción y analizar si la reacción se favorece a los reactivos o a los productos: N 2 (g) + 3 H 2 (g) ⇄ 2 NH 3 (g) Con las siguientes concentraciones en el equilibrio : [N 2]= 0. 2 [H 2] = 0. 4 [ NH 3]= 0. 3 Keq = [ NH 3] 2 Keq = (0. 3)2 _ = 7. 03 [ N 2] [H 2] 3 (0. 2)(0. 4) 3 Como es mayor de 1, la reacción se favorece hacia los productos (hacia la derecha). En el equilibrio habrá mas concentración de producto que de reactivo. 19

Cálculo de la concentración de uno de los reactivos ó productos conociendo Keq 2. Calcule la [H 2] para la siguiente reacción en equilibrio , conociendo la Keq = 0. 8 y las concentraciones : CO (g) + H 2 O (g) ⇄ CO 2 (g) + H 2 (g) [CO] = 0. 2 [H 2 O] = 0. 1 [CO 2] = 0. 4 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 20

3. Escriba las expresiones para las constantes de equilibrio de las siguientes reacciones e indique el tipo de equilibrio (homogéneos ó heterogéneos): a) 4 NH 3(g) + 5 O 2(g) ⇄ 4 NO(g) + 6 H 2 O(g) b) 2 Na. HCO 3 (s) ⇄ Na 2 CO 3 (s) + CO 2(g) + H 2 O(g) 21

4. ¿Cuál es el valor de la constante de equilibrio (Keq) para la siguiente reacción? CO 2(g) + H 2(g) ⇄ CO(g) + H 2 O(g) 0. 2 M 0. 35 M 0. 15 M 0. 25 M 2 KNO 3(s) ⇄ 2 KNO 2(s) + O 2(g) 0. 4 M 0. 3 M 0. 4 M 5. 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) 22

PRINCIPIO DE LE CHATELIER Explica los cambios que alteran un equilibrio y como se recupera de nuevo el equilibro • Cuando a una reacción en equilibrio se le aplica una alteración (como un cambio de concentración, presión o temperatura), la reacción se desplazará en la dirección que logre contrarrestar la alteración. Es decir, el sistema en equilibrio cambia la velocidad de reacción hacia la derecha o a la izquierda momentáneamente, para minimizar la alteración y poder recuperar de nuevo el equilibrio. 23

Factores que afectan el equilibrio: Concentración, presión y temperatura 1. Cambio de Concentración: ↑[reactivos ] el equilibrio se desplaza hacia los productos (derecha →). ↓ [reactivos ] el equilibrio se desplaza hacia los reactivos (izquierda ←). ↑[productos ] el equilibrio se desplaza hacia los reactivos ( izquierda ←). ↓[ productos ]el equilibrio se desplaza hacia los productos (→ derecha). 24

Adding Reactant or Product The equilibrium shifts toward § products when H 2(g) or I 2(g) is added. § reactants when HI(g) is added. Add H 2 or I 2 Add HI © 2013 Pearson Education, Inc. Chapter 9, Section 5 25

Removing Reactant or Product The system shifts toward § a reverse reaction when H 2 or I 2 is removed. § a forward reaction when HI(g) is removed. © 2013 Pearson Education, Inc. Chapter 9, Section 5 26

2. Temperatura: En las Reacciones endotérmicas: necesitan calor, se puede considerar al calor como reactivo para predecir el desplazamiento del equilibrio. 2 KCl. O 3 + calor ⇄ 2 KCl + 3 O 2 ↑ de T el equilibrio se desplaza a la → ↓ de T el equilibrio se desplaza a la ← En las Reacciones exotérmicas: liberan calor, se puede considerar al calor como uno de los productos. N 2 (g) + 3 H 2(g) ⇄ 2 NH 3 (g) + calor ↑ de T el equilibrio se desplaza a la ← ↓de T el equilibrio se desplaza a la → 27

Temperature Change and Exothermic Reactions For an exothermic reaction at equilibrium, § an increase in temperature adds heat and the equilibrium shifts toward the reactants. § a decrease in temperature (T) removes heat and the equilibrium shifts toward the products. © 2013 Pearson Education, Inc. Chapter 9, Section 5 28

Temperature Change and Endothermic Reactions For an endothermic reaction at equilibrium, heat is a reactant. § A decrease in temperature (T) removes heat, shifting the equilibrium toward the reactants. § An increase in temperature adds heat, shifting the equilibrium toward the products. © 2013 Pearson Education, Inc. Chapter 9, Section 5 29

3. Presión Para que los cambios de presión efecten una reacción química en equilibrio, al menos uno de los reactivos o productos debe ser gaseoso. CO(g) + 3 H 2(g) CH 4(g) + H 2 O(g) ↑PRESIÓN se desplaza hacia donde hay menos moles de gas ↓PRESIÓN se desplaza hacia donde hay mas moles de gas. 30

Effect of Volume Change Decreasing the volume of the gas mixture shifts the equilibrium towards the fewer number of moles. Increasing the volume of the gas mixture shifts the equilibrium toward the larger number of moles. AUMENTO DE PRESIÓN DISMINUCIÓN DE PRESIÓN © 2013 Pearson Education, Inc. Chapter 9, Section 5 31

Effects of Changes on Equilibrium © 2013 Pearson Education, Inc. Chapter 9, Section 4 32

FACTOR CONCENTRACION Alteración ↓ [ ] productos ↑ [ ] reactivos Derecha → ↓ [ ] reactivos ↑ [ ] productos Izquierda ← Si ↑ T° Derecha → Si ↓ T° Izquierda ← Si ↑ T° Izquierda ← Si ↓ T° Derecha → Endotérmicas TEMPERA TURA Desplazamiento del Equilibrio Exotérmicas Si ↓ Presión PRESION Si ↑ Presión Hacia donde hay MAYOR # de moles de gas Hacia donde hay MENOR # de 33

Ejercicios: 1. En 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 ______ 34

2. Para la reacción en equilibrio 2 NO 2(g) ⇄ 2 NO (g)+ O 2(g) + calor a) Es exotérmica ó endotérmica? b) Escriba la constante de equilibrio : c) Es equilibrio homogéneo ó heterogéneo? Hacia donde desplazará el equilibrio (izquierda ó derecha) si se altera los siguiente: d) Aumenta la temperatura: e) Disminuye [ NO] : f) Disminuye la temperatura: g) Aumenta [ NO 2]: h) Aumenta la presión: 35

3. En la reacción : PCl 5(g) + calor ⇄ PCl 3(g) + Cl 2(g) En qué sentido se desplaza el equilibrio al : a) Extraer Cl 2 b) Disminuir la temperatura c)Aumentar la concentración de PCl 3 d)Extraer PCl 5 e)Aumentar la presión 36