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2.- EQUILIBRIO QUÍMICO

EQUILIBRIO.- Estado en el que no se observan cambios durante el tiempo transcurrido.

• Cuando una reacción química llega al estado de equilibrio, las concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes en el tiempo, sin que se produzcan cambios visibles en el sistema.

• Sin embargo, a nivel molecular existe una gran actividad debido a que las moléculas de reactivos siguen formando moléculas de productos y éstas a su vez reaccionan para formar moléculas de reactivos.

• La mayoría de las reacciones son reversibles al menos en cierto grado.

• Al inicio de un proceso reversible, la reacción procede hacia la formación de productos.

• Tan pronto como se forman algunas moléculas de producto, comienza el proceso inverso.

• Dichas moléculas reaccionan y forman reactivos.

• Equilibrio químico.- Se alcanza cuando las velocidades de las reacciones directa e inversa se igualan y las concentraciones netas de reactivos y productos permanecen constantes.

• El equilibrio químico es un proceso dinámico.

• En el equilibrio químico participan distintas sustancias como reactivo y productos.

• El equilibrio entre dos fases de la misma sustancia se denomina equilibrio físico, por que los cambios que suceden son procesos físicos.

• El número de moléculas de H2O que dejan la fase líquida y vuelvan a ella es el mismo:

H2O (l) H2O (g)

• PRINCIPIO DE Le Chatelier

FACTORES QUE AFECTAN AL EQUILIBRIO QUÍMICO

• Existe una regla general la cual ayuda a predecir en qué dirección se desplazará una reacción.

• Dicha dirección siempre y cuando esté en equilibrio, cuando hay un cambio de concentración, presión, volumen o temperatura.

• Principio de Le Chátelier

• “Si se aplica una tensión externa a un sistema en equilibrio, el sistema se ajusta de tal manera que se cancela parcialmente dicha tensión alcanzando una nueva posición de equilibrio”.

• El término “tensión” significa aquí un cambio de concentración, presión, volumen o temperatura que altera el estado de equilibrio de un sistema.

• Cambios en la posición de equilibrio por efecto de la concentración.

• El principio de Le Chatelier permite predecir la respuesta cualitativa de un sistema en equilibrio cuando varían las condiciones externas.

EFECTO DE LA TEMPERATURA:

Una variación de la temperatura de la reacción afecta al equilibrio.

Por un lado se modifica el valor de la constante de equilibrio, ya que sabemos éste depende de la temperatura. Además, el equilibrio se alcanza más rápidamente con la temperatura.

• El principio de Le Chatelier, nos permite conocer el sentido del desplazamiento para:

• Reacciones exotérmicas (ΔH negativo).

• Reacciones endotérmicas (ΔH positivo).

• Al aumentar la temperatura, o mejor dicho al aportar calor a un sistema en equilibrio, éste de desplaza en el sentido de absorber calor hasta alcanzar una nueva situación de equilibrio.

• Si la reacción es exotérmica y por tanto se libera calor, al aumentar la temperatura, el equilibrio se desplazará hacia la izquierda en el sentido de contrarrestar el aporte de calor.

• Si la reacción es exotérmica, la constante de equilibrio será menor a temperaturas más elevadas.

• Si la reacción es endotérmica, el aumento de temperatura favorecerá la formación de los productos y el equilibrio se desplazará hacia la derecha , aumentando así la constante de equilibrio.

¿Qué tipo de reacción es?

• EFECTOS DEL CAMBIO EN LA CONCENTRACIÓN DE REACTIVOS O PRODUCTOS

• En general, una variación en la concentración de una de las sustancias que participan en un sistema en equilibrio químico, provoca un desplazamiento del equilibrio que tiende a minimizar el cambio de concentración.

• Por el contrario, si se reduce la concentración de los reactivos, el equilibrio se desplazará para restaurar la pérdida y formar más reactivos, (hacia la izquierda).

• Como consecuencia de estos desplazamientos, se modifican las concentraciones finales en el equilibrio pero no se ve afectado el valor de la constante de equilibrio.

• Si añadimos N2 a la mezcla en equilibrio, se provoca una perturbación en el estado de equilibrio, la reacción se desplaza en el sentido de consumir el N2, como consecuencia, se establece un nuevo equilibrio en el que la concentración de H2 ha disminuido respecto al primer equilibrio y la de NH3 ha aumentado.

EFECTOS DE CAMBIOS DE PRESIÓN

• Si se modifica la presión añadiendo o extrayendo un reactivo o un producto gaseoso, el efecto es el mismo que el producido al variar la concentración de una sustancia participante en un sistema en equilibrio.

• Otra forma de modificar la presión es por un cambio de volumen. Una disminución de volumen aumenta la presión y viceversa.

CONSTANTE DE EQUILIBRIO

• Es una de las propiedades características de una reacción que alcanza el estado de equilibrio.

• En el equilibrio, se igualan las velocidades directa e inversa y las concentraciones de los reactivos y productos no varían con el tiempo.

• Para una reacción en la que participa sólo un reactivo, A B, las velocidades de reacción son:

• Donde Kd y Ki son las constantes de velocidad de las reacciones directa e inversa respectivamente.

• En el equilibrio, A B, las velocidades de reacción directa e inversa, se igualan:

• En 1864, los químicos noruegos Cato Guldberg y Peter Waage llevaron a cabo estudios cinéticos con diversos sistemas químicos y postularon su ley de acción de masas.

• La cual expresa la relación entre las concentraciones de reactivos y productos en el equilibrio para cualquier reacción.

• Para una ecuación general en el equilibrio, A,B,C y D son las especies que participan y a,b,c y d, son los coeficientes de la ecuación química ajustada.

• La ley de acción de masas de Guldberg y Waage establece que: la relación de concentraciones (concentraciones molares) que expresa la condición de equilibrio es:

• Kc se denomina constante de equilibrio y tiene un valor constante para cada temperatura.

• Por esa razón, siempre debe especificarse la temperatura a la que corresponde el valor de la constante.

• Es independiente de las concentraciones iniciales, del volumen del recipiente o de la presión.

• Las constantes de equilibrio se obtienen de modo que las concentraciones de los productos de la reacción aparecen en el numerador y los reactivos en el denominador.

• Si el valor de Kc es elevado, la reacción directa se produce en gran extensión.

• Si el valor de Kc es pequeña, la reacción dominante es la inversa y los reactivos casi no reaccionan.

• Cuando el valor de la constante de equilibrio se aproxima a uno ni los reactivos ni los productos son predominantes.

Ejemplo:

Tarea: Realizar un mapa conceptual donde incluyas:

• Equilibrio homogéneo.• Equilibrio heterogéneo.

CÁLCULO DE LAS CONCENTRACIONES EN

SISTEMAS EN EQUILIBRIO

EQUILIBRIO HOMOGÉNEO• Este termino se aplica a las reacciones en las

todas las especies reactivas se encuentran en la misma fase.

EJERCICIO:• Se ha estudiado el siguiente proceso en equilibrio a 230 oC:

2NO(g) + O2(g) 2NO2(g)

• En un experimento se encontró que las concentraciones de equilibrio de las especies reactivas son:

• (NO)= 0.0542 M.• (O2)= 0.127 M.

• (NO2)= 15.5 M.

• Calcule la constante de equilibrio (Kc) de la reacción a esta temperatura.

• 1.- El cloruro de carbonilo (COCl2), también llamado fosgeno, se utilizó en la Primera Guerra Mundial como gas venenoso. Las concentraciones de equilibrio a 74 oC para la reacción entre monóxido de carbono y cloro molecular que produce cloruro de carbonilo:

CO(g) + Cl2(g) COCl2(g)

• Son (CO)= 1.2X10-2 M, (Cl2)= 0.054 M y (COCl2)= 0.14 M.

• Calcule la constante de equilibrio (Kc)

EQUILIBRIO HETEROGÉNEOUna reacción reversible en la que intervienen

reactivos y productos en distintas fases conduce a lo que se conoce como equilibrio heterogéneo.

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)