Tema 5 El equilibrio en las reacciones qumicas

Tema 5 El equilibrio en las reacciones químicas

Tema 2 Estequiometría Tema 3 Termoquímica Tema 4 Espontaneidad ¿Cuánto se produce? ¿Cuánto reacciona? ¿Desprende o absorbe calor? ¿Cuánto calor? ¿Por qué se produce? ¿En qué dirección? Tema 5 Equilibrio Reacciones químicas ¿Cuándo se alcanza? ¿Cómo modificarlo? ¿Cómo de rápido va? ¿Cómo acelerarla? Tipos Tema 6 Eq. de fases Tema 11 Cinética Tema 7 Disoluciones Tema 8: Eq. ácido-base Tema 9: Eq. solubilidad Tema 10: Eq. redox

Mecánico Térmico Equilibrios Equilibrio químico Material Equilibrio de fases • Gases • Sólid/líquidos • En disolución

CONTENIDO 1. - Aspectos básicos del equilibrio químico. 2. - Condición general del equilibrio químico. 3. - Equilibrio químico en sistemas gaseosos ideales. 4. - Equilibrios heterogéneos. 5. - Variación de la constante de equilibrio con la temperatura. 6. - Respuesta del equilibrio a un cambio de condiciones. Principio de Le Châtelier.

1 ASPECTOS BÁSICOS DEL EQUILIBRIO QUÍMICO. Estado de equilibrio: estado en que la composición del sistema permanece fija. 1. 1. Perspectiva cualitativa. • Equilibrio dinámico. • Los sistemas evolucionan espontáneamente hacia un estado de equilibrio. • Las propiedades del estado de equilibrio son las mismas, independientemente de la dirección desde la que se alcanza. 1. 2. Perspectiva cuantitativa. Ley de acción de masas a. A + b. B « c. C + d. D

2 CONDICIÓN GENERAL DEL EQUILIBRIO QUÍMICO. A P y T constantes, el sentido del cambio espontáneo es el sentido de la disminución de G. Proceso espontáneo: DG < 0 [Tema 4] Inicio: DG < 0 Equilibrio: DG = 0 [Tema 4]

3 EQUILIBRIO QUÍMICO EN SISTEMAS GASEOSOS IDEALES. EQUILIBRIO HOMOGÉNEO Para una mezcla de gases ideales: [Levine, pg 175 -177] Q : Cociente de reacción Isoterma de reacción

Cuando lleguemos al equilibrio: DG = 0 Kpº Constante de equilibrio termodinámica (adimensional)

Consecuencias: • Si DGº >> 0 ; Kpº << 1 : poca tendencia r ® p • Si DGº << 0 ; Kpº >> 1 : mucha tendencia r ® p • Kpº > 0 y depende de DGº • DGº sólo depende de T; Kpº también. • Disponemos de dos formas de determinar Kpº

¿Hacia dónde evoluciona la reacción? • Si Q < Kpº DG < 0 r ® p espontánea • Si Q > Kpº DG > 0 r ® p no espontánea (p ® r espontánea) • Si Q = Kpº DG = 0 Equilibrio

Otras expresiones de la constante de equilibrio Kp (dimensional) En función de las concentraciones: (Pº)-Dn [Petrucci, pg 635] Kp = Kc (RT)Dn Si Dn = 0 K pº = K p = K c

4 EQUILIBRIOS HETEROGÉNEOS. Aquéllos en los que las sustancias están en fases distintas p. ej. : Ca. CO 3 (s) « Ca. O (s) + CO 2 (g) La situación de equilibrio no se ve afectada por la cantidad de sólido o líquido, siempre y cuando estas sustancias estén presentes. La constante de equilibrio es independiente de las cantidades de sólidos y líquidos en el equilibrio. Ca. CO 3 (s) « Ca. O (s) + CO 2 (g) Kc = [CO 2]

5 VARIACIÓN DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO CON LA TEMPERATURA. ¿Cómo podemos modificar la situación de equilibrio? Q = Kpº 1 2 Cambiando la constante de equilibrio Cambiando Q

1 Cambiando la constante de equilibrio Cambiando la temperatura Ecuación de van’t Hoff

1901 Primer premio Nobel de Química “En reconocimiento a los extraodinarios servicios que ha prestado con el descubrimiento de las leyes de la dinámica química y la presión osmótica en disoluciones”. Jacobus Henricus van’t Hoff [http: //nobelprize. org/chemistry/laureates/1901/index. html] Ecuación integrada de van’t Hoff (1852 -1911) Si DHº = cte

Consecuencias: Tomemos T 2 > T 1 a) Si DHº > 0 (endotérmica) T Kpº Al aumentar T se favorece la formación de productos. Se desplaza hacia la derecha.

Consecuencias: Tomemos T 2 > T 1 b) Si DHº < 0 (exotérmica) T Kpº ¯ Al aumentar T se favorece la formación de reactivos. Se desplaza hacia la izquierda.

Consecuencias: Tomemos T 2 > T 1 c) Si DHº = 0 La constante de equilibrio no cambia con T

6 RESPUESTA DEL EQUILIBRIO A UN CAMBIO DE CONDICIONES. PRINCIPIO DE LE CH TELIER. ¿Cómo podemos modificar la situación de equilibrio? 2 Cambiando Q Cambiando el resto de factores (moles de reactivos, productos, P, V, . . . )

Principio de Le Châtelier “Si un sistema químico que está en equilibrio se somete a una perturbación que cambie cualquiera de las variables que determina el estado de equilibrio, el sistema evolucionará para contrarrestar el efecto de la perturbación”. Henri Louis Le Châtelier (1850 -1936)

6. 1. Efecto de un cambio de temperatura (a P cte) • Si DHº > 0 (endotérmica): T Þ se desplazará a la derecha • Si DHº < 0 (exotérmica): T Þ se desplazará a la izquierda 6. 2. Efecto de la adición/sustracción de moles de reactivos o productos gaseosos (a T y V ctes) • Si agrego productos: Q > Kc Þ se desplazará a la izquierda • Si agrego reactivos: Q < Kc Þ se desplazará a la derecha

6. 3. Efecto de un cambio de volumen (a T cte) La disminución de V conlleva que la concentración total de moléculas aumente. El sistema tenderá a reducirla. ß Se desplaza hacia donde haya un menor número de moles gaseosos 6. 4. Efecto de la presión total (a T cte) Un aumento de P tiene el mismo efecto que una disminución de V ß Se desplaza hacia donde haya un menor número de moles gaseosos

6. 5. Adición de un gas inerte (a T y V ctes) No altera el equilibrio 6. 6. Adición de un catalizador No afecta al equilibrio 6. 7. Adición de un reactivo/producto sólido o líquido No altera el equilibrio