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Equilibrio químico
Unidad 2
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2Contenidos1.- Concepto de equilibrio químico.
1.1. Características. Aspecto dinámico de las reaccionesquímicas.
2.- Ley de acción de masas. KC.3.- rado de disociación α.
3.1. !elación KC con α.
".- Kp. !elación con Kc".1. #a$nitud de las constantes de equilibrio.
%.- Cociente de reacción.&.- #odi'icaciones del equilibrio. (rincipio de Le C)atelier.
&.1. Concentración en reacti*os y productos.&.2. Cambios de presión y temperatura.&.3. (rincipio de Le C)atelier.
&.". +mportacia en procesos industriales.,.- quilibrios )etero$neos.
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¿Qué es un equilibrio químico?Es una reacción que nunca llega a
completarse, pues se produce en ambos
sentidos (los reactivos forman productos,
y a su vez, éstos forman de nuevo
reactivos).Cuando las concentraciones de cada una
de las sustancias que intervienen
(reactivos o productos) se estabiliza se
llega al /U+L+0!+ /U#+C./U+L+0!+ /U#+C.
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Equilibrio de moléculas
(H2 + I2
2 HI)
!"#$% &'&& *&
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,ariaci-n de la concentraci-n
con el tiem.o (H2 + I2
2 HI)quilibrio químico
C o n
c e n t r a c i o n e s
( m o l / l )
Tiempo (s)
[HI]
[I2]
425
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/
"eacci-n0 H2 + I2 2 HI
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Constante de equilibrio ( c)
En una reacción cualquiera:a ! b " c C ! d #la constante $c tomar% el valor:
para concentraciones en el equilibrio
&a constante $c cambia con la temperatura
6A78C+98:; 'ólo se incluyen las especiesgaseosas yo en disolución. &as especies en estadosólido o lquido tienen concentración constante y portanto, se integran en la constante de equilibrio.
* + * +
* + * +
c d
c a b
C D
K A B
×
= ×
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Constante de equilibrio ( c)En la reacción anterior:
-(g)! -(g) - (g)
El valor de K C, dada su e/presión, depende de
cómo se a0uste la reacción.
Es decir, si la reacción anterior la 1ubiéramos
a0ustado como: 2 -(g) ! 2 -(g) (g), laconstante valdra la raz cuadrada de la anterior.
-
- -
* +
* + * +c
HI K
H I
=
×
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Ejemplo: 5en6amos el equilibrio0 2 *%2(6) + %2(6)
2 *%3(6) *e 7acen cinco e8.erimentos en los que
se introducen di9erentes concentraciones iniciales
de ambos reacti:os (*%2 ; %2) *e .roduce la
reacci-n ; una :e< alcan
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>
En la reacción anterior:
- '=-(g) ! =-(g) - '=5(g)
$C se obtiene aplicando la e/presión:
y como se ve es pr%cticamente constante.
Concentr. iniciales
Concentr. equilibrio
?25 25 ?35 ?25 25 ?35 $c
@p 1 3,-33 3,-33 4 3,353 3,667 3,683 -89,-
@p 2 3,673 3,33 4 3,36 3,55- 3,657 -;3,6
@p 3 4 4 3,-33 3,375 3,3-< 3,65 -;3,3
@p " 4 4 3,833 3,65- 3,3
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>>*i6ni9icado del :alor de c
tiempo
C @ >
c o n c e n t r a c i ó n
tiempo
C A >
c
o n c e n t r a c i ó n
C B >2
c o n c e n t r a c
i ó n
tiempo
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>2
Da6nitud de c ; ..
El valor de ambas constantes puede variar entrelmites bastante grandes:
-(g) ! Cl-(g) - Cl (g)$c (-9; $) > -,7 ?6355
La reacción está muy desplazada a la derecha.-(g) ! -(g) - (g)
$c ( 77,3
Se trata de un verdadero equilibrio.
@-(g) ! =-(g) - @= (g)$c (-9; $) > 7,5 ?63 A56
La reacción está muy desplazada a la izquierda, esdecir, apenas se orman productos.
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>3
Constante de equilibrio ( .)
En las reacciones en que intervengan
$ases es mas sencillo medir presionesparciales que concentraciones:
a ! b " c C ! d #y se observa la constancia de $p viene
definida por:
c d C DP a d
A D
p pK
p p
×
=
×
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>4
Constante de equilibrio ( .)
n la reacción *ista anteriormente; 2 ?2 2 2 ?3 p
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>
Constante de equilibrio ( .)
(continuaci-n)FemosH puesH que K( puede depender de latemperatura siempre que )aya un cambio en el nI demoles de $ases
pcc D pEd C]c c D E]d dKp B B B pAa D p0b A]a a D 0]b b
en donde n B incremento en nI de moles de $ases
∆
= × ( ) n
P C K K RT
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>/
Cociente de reacci-n (Q)
En una reacción cualquiera:
a ! b " c C ! d #
se llama cociente de reacción a:
Biene la misma fórmula que la $c peroa diferencia que las concentracionesno tienen porqué ser las del equilibrio.
* + * +
* + * +
×=
×
c d
a b
C DQ
A B
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>1
Cociente de reacci-n (Q) (cont)?i / B Kc entonces el sistema est% en equilibrio.
?i / J Kc el sistema evolucionar% 1acia laderec1a, es decir, aumentar%n las
concentraciones de los productos y disminuir%n
las de los reactivos 1asta que se iguale con
$c.
?i / Kc el sistema evolucionar% 1acia laizquierda, es decir, aumentar%n las
concentraciones de los reactivos y disminuir%nlas de los productos 1asta que se iguale con
$c
VerLe Chat
(simulación
equilibrio)
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>
Dodi9icaciones del equilibrio
?i un sistema se encuentra enequilibrio y se produce unaperturbación; A Cambio en la concentración de al$uno
de los reacti*os o productos. A Cambio en la presión
A Cambio en la temperatura.l sistema dea de estar en
equilibrio y trata de *ol*er a l.
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>Cambio en la concentraci-n de
al6uno de los reacti:os o .roductos 'i una vez establecido un equilibrio se vara la
concentración algDn reactivo o producto el equilibrio
desaparece y se tiende 1acia un nuevo equilibrio.
&as concentraciones iniciales de este nuevo
equilibrio son las del equilibrio anterior con las
variaciones que se 1ayan introducido.
&ógicamente, la constante del nuevo equilibrio es la
misma, por lo que si aumenta * reactivos+, !↓ y lamanera de volver a igualarse a $C sera que
* reactivos+ ↓ (en cantidades estequiométricas) y, enconsecuencia, que *productos+ ↑.
2
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2
Cambio en la .resi-n
(o :olumen)En cualquier equilibrio en el que 1aya un
cambio en el nDmero de moles entre reactivos
y productos como por e0emplo :
"! C (en el caso de una disociación es un
aumento del nDmero de moles) ya se vio que
$c ≅ c ?α-
l aumentar pF (o disminuir el volumen)
aumenta la concentración y eso lleva consigouna menor αF, es decir, el equilibrio sedesplaza 1acia la izquierda que es donde
menos moles 1ay.
2>
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2>
Cambio en la .resi-n
(o :olumen) (continuaci-n)Este desplazamiento del equilibrio 1acia donde
menos moles 1aya al aumentar la presión es
v%lido y generalizable para cualquier equilibrioen el que inter*en$an $ases .
&ógicamente, si la presión disminuye, el efectoes el contrario.
'i el nDmero de moles total de reactivos es igual
al de productos (a!b >c!d) se pueden eliminar
todos los volDmenes en la e/presión de $c, con
lo que éste no afecta al equilibrio (y por tanto,
tampoco la presión).
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Hroblema
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Ejemplo: #na mea> quilibrio; - (g) ! - (g) - (g)Goles inic.: 5,7 -,7 3
Goles reac: -,-7 -,-7 (,7)
Goles equil. 6,-7 3,-7 ,7
conc. eq(moll) 3,6-7 3,3-7 3,7[]- 3,7- G-
$c > 4444 > 444444444 > &"HM&"HM [-] ? [-] 3,6-7 G ? 3,3-7 G
$H > $c ? (IB)3 > &"HM&"HM
Hroblema
'electividad
(Junio 9;)
Hroblema
'electividad
(Junio 9;)
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Hroblema
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Ejemplo (cont): b)b) a concentraci-n de loscom.uestos si el :olumen se reduce a la mitad
manteniendo constante la tem.eratura a 4FC
b>b> En este caso el volumen no influye en el equilibrio, puesal 1aber el mismo nK de moles de reactivos y productos Hse eliminan todas las LF en la e/presión de $C.
Hor tanto, las concentraciones de reactivos y productos,
simplemente se duplican:[-] > 6,-7 mol7 & > 3,-73 G[-] > 3,-7 mol7 & > 3, 373 G[] >,7 mol 7 & > 3,93 G
'e puede comprobar que:
[]- (3,93 G)-$c > 4444 > 44444444 > &"HM&"HM [-] ? [-] 3,-73 G ? 3,373 G
Hroblema
'electividad
(Junio 9;)
Hroblema
'electividad
(Junio 9;)
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Cambio en la tem.eratura
?e obser*a queH al aumentar 7 el sistemase desplaNa )acia donde se consumacalorH es decirH )acia la iNquierda en las
reacciones e@otrmicas y )acia laderec)a en las endotrmicas.
?i disminuye 7 el sistema se desplaNa
)acia donde se desprenda calor .
2
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Ejemplo: ¿Hacia d-nde se des.la 444444 [-=]
a>a> l p↓ el equilibrio → (donde m%s moles de gases1ay: 6 de C= ! 6 de - frente a 6 sólo de -=)
b>b> l B↑ el equilibrio también se desplaza 1acia → donde se consume calor por ser la reacción
endotérmica.
2/
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2/
$rinci.io de e C7atelier
OUn cambio o perturbación encualquiera de las *ariables quedeterminan el estado de equilibrio
químico produce un desplaNamientodel equilibrio en el sentido decontrarrestar o minimiNar el e'ecto
causado por la perturbaciónP.
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,ariaciones en el equilibrio reacti*os5 Q
reacti*os5 J Q ←
productos5 Q ←
productos5 J Q
7 Q ←
7 Q
7 J Q
7 J Q ←
p Q 4acia donde menos nI moles de $ases
p J Q 4acia donde más nI moles de $ases
# U R + # ( 1 ! 7 A 8 7 -
# U R + # ( 1 ! 7 A 8 7 -
# U R + # ( 1 ! 7 A 8 7 -
# U R + # ( 1 ! 7 A 8 7 -
Variaciónen el
equilibrio
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