07-08-2019

1

Miss Daniela Herrera

Reacciones de equilibrio Todas las reacciones químicas están compuestas por: Reactantes y productos

Sin embargo, la flecha es de vital importancia ya que indica el sentido o dirección de la

reacción. Existen diversos tipos de reacciones entre los que están:

07-08-2019

2

Reacciones de equilibrio

La gran mayoría de las reacciones en la naturaleza, no se producen en un solo sentido. Si no que es posible tener cantidades tanto de reactivos como productos en un determinado

tiempo (Reacciones en equilibrio)

Reacción directa

Reacción Inversa

En equilibrio

Reacciones directas o inversas

A este tipo de reacciones también se les denomina Irreversibles. Son aquellas en que los reactantes se transforman a productos en un

100% (Se consumen totalmente); sin que estos últimos reaccionen entre si para sustituir

a los reactantes

Reactantes Productos

07-08-2019

3

Reacciones en equilibrioSe denominan también reacciones Reversibles,

en estas reacciones a medida que se van formando los productos, estos reaccionan

entre si generando los reactantes originales. Este es un proceso dinámico que conduce a

un estado de equilibrio.

Reactantes Productos

El equilibrio se alcanza solo cuando las velocidades de las reacciones directa e inversa

se igualan, produciendo igual cantidad de productos y reactivos (concentraciones)

Sin embargo cabe preguntarse:

¿Qué es una reacción en equilibrio

Y cuando una reacción alcanzará el estado de

equilibrio?

El equilibrio

químico es un

estado en el que

no se observan

cambios durante

el tiempo

transcurrido

07-08-2019

4

Estado de Equilibrio químicoEl estado de equilibrio se grafica de la

siguiente manera:

Cualquier tipo de equilibrio ya sea físico o químico

presenta las siguientes características

1º Aunque sea lenta la obtención del equilibrio, una vez que se ha alcanzado, las concentraciones de todas las especies que participan (reactantes y productos) en el equilibrio permanecen constante, es decir, se hacen independiente del tiempo.

2º El equilibrio químico se alcanza por más de una dirección. Por ejemplo se puede comenzar por los productos puros o por los reactantes puros. Desde una Tº alta a una más baja, etc.

3º Los catalizadores no afectan las concentraciones de lo reactantes y productos en equilibrio.

4º En la mezcla en equilibrio existe una relación entre las concentraciones de las diferentes especies involucradas en el equilibrio, a una temperatura constante.

07-08-2019

5

Productos

Reactantes

Ejemplo: Constante de

equilibrio

Constante de equilibrio (K)1. Permite calcular las concentraciones de reactivos y

productos, cuando se ha establecido el equilibrio.2. Predice la dirección o desplazamiento que se llevará a

cabo en la reacción hasta alcanzar el equilibrio.

Magnitud de la Cte (K)El valor de la Cte es un indicativo del desplazamientodel equilibrio, si los productos o reactivos sonfavorecidos una vez que se alcanza el equilibrio. Por lo

tanto:

La cte de

equilibrio

varia solo

con la

temperatura

07-08-2019

6

Ejemplos de la Cte (K)Observemos la siguiente reacciones:

La cte de equilibrio es K>1, por lo que la reacción esta

favorecida hacia los productos.

Por el contrario en la reacción de formación del ozono:

La cte de equilibrio es K<1, por lo que la reacción esta

favorecida hacia los reactivos.

Condiciones de equilibrioEn una reacción podemos hablar de equilibrio

químico solo si se cumplen las siguientes condiciones:

La reacción debe llevarse a cabo en un sistema cerrado.

Cuando se establezca el estado de equilibrio, las propiedades observables del sistema (color, masa) no varían en el tiempo.

La temperatura y presión afectan el estado de equilibrio por lo tanto, este estado ocurrida a determinadas Tº y Pº.

07-08-2019

7

Tipos de equilibrio

Equilibrio Homogéneo

Equilibrio Heterogéneo

Todos los componentes de la reacción se encuentran en la

misma fase

Los componentes de la reacción se encuentran en

distinta faseEjemplo:Ejemplo:

En la cte de equilibrio Kc no se incluyen las concentraciones de sólidos y líquidos puros. Esto se debe a que la cte de K incluye solo las concentraciones que pueden experimentar cambios como las

disoluciones o gases. Cómo serán la expresión de sus constante

Escriba la expresión de la constante de equilibrio, en cada una de lassiguientes reacciones:

a) H₂ + Cl₂ ➔ 2HClb) N₂ + 3H₂ ➔ 2NH₃c) 2NO+ 2CO ➔ N₂ + 2CO₂d) 4HC l+ O₂ ➔ 2H₂O + Cl₂e) H₂ + I₂ ➔ 2HIf) N₂ + 2O₂ ➔ 2NO₂g) PCl₅ ➔ PCl₃ + Cl₂h) N₂O₄ ➔ 2 NO₂i) COCl₂ ➔ CO + Cl₂j) CO₂ ➔ 2CO + O₂

Ejercicios

2.- Para la reacción H₂ + Br₂ ➔ 2HBr a cierta temperatura, las sustanciasen equilibrio, en un recipiente de 500 ml, son: H₂= 0,15 moles; Br₂ = 0,20moles; HBr= 0,25 moles. Calcule la Ke . Predecir en que sentido se desplaza lareacción.

Cte mayor a uno favorecida productos

Cte menor a 1 favorecida a los reactantes

Cte igual a 1n equilibrio dinámico

07-08-2019

8

Actividades:

1. Escribe la expresión correspondiente a k eq para las siguientes reacciones.

a. N2 (g) + O2 (g)  ↔  2 NO (g)

b. Ti(s) + 2 Cl2 (g)  ↔  TiCl4 (s)

c. 2 C2H4 (g) + 2 H2O (g)  ↔  2 C2H6 (g) + O2 (g)

d. 2 HI (g)  ↔  H2 (g) + I2 (g)

e. 2 NO (g) ↔ N2 (g) + O2 (g)

2. Se coloca yoduro de hidrógeno gaseoso en un recipiente cerrado a 500 °C, donde se

descompone parcialmente en hidrógeno y yodo:

2H I (g)  ↔  H2(g) + I2(g)Se determina que en el equilibrio [HI] = 3,5⋅10–3 M; [H2] = 4,8⋅10–4 M; y [I2] = 4,8⋅ 10–4 M.

¿Cuál es el valor de a keq esta temperatura?

07-08-2019

9

3. A 100 °C, el valor de k eq en la siguiente reacción es 7,8⋅10–2:

SO2Cl2 ( g )  ↔ SO2 (g) + Cl2 (g)

En una mezcla de los tres gases en equilibrio las concentraciones de SO2Cl2 y SO2 son de

0,136 M y 0,072 M, respectivamente. ¿Cuál es [Cl2] en la mezcla en equilibrio?

Miss Daniela Herrera

07-08-2019

10

Qué es Kp

Solo en fase gaseosos homogéneas

La constante de equilibrio en

términos de las

concentraciones se simboliza

por KC y en términos de las

presiones parciales por KP.

Actividad

1. Escribe la expresión de las constantes de equilibrio Kc o Kp para cada una de las siguientes reacciones:

a) N2(g) + O2(g) ↔ NO(g)

b) S(s) + F2(g) ↔ FS6 (g)

c) CO(g) + O2(g) ↔ CO2(g)

d) CO(g) + ½ O2 (g) ↔ CO2(g)

e) CO2(ac) + H2O (l) ↔ H2CO3 (ac)

07-08-2019

11

Relación KP con KC

La relación entre KC y KP es la

siguiente KP = K C (RT)Δn, donde R es la

constante de los gases (0,082 atmL/K

mol), T la temperatura Kelvin y Δn, la

diferencia entre los coeficientes

estequiométricos de los productos y

reactantes. Si Δn = 0, entonces KP = KC.

Por convenio, las constantes de equilibrio

(KC o KP) son adimensionales, o sea, no

tienen unidades.

Las concentraciones de equilibrio para la reacción entre monóxido de carbono

y cloro molecular para formar COCl2 (g) a 740C son [CO] = 0.012 M, [Cl2] =

0.054 M, y [COCl2] = 0.14 M. Calcule las constantes de equilibrio Kc y Kp.

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

Kc = [COCl2]

[CO][Cl2]=

0.14

0.012 x 0.054= 220

Kp = Kc(RT)Dn

Dn = 1 – 2 = -1 R = 0.0821 T = 273 + 74 = 347 K

Kp = 220 x (0.0821 x 347)-1

Kp = 7.7

07-08-2019

12

La constante de equilibrio Kp para la reacción

es 158 a1000K. ¿Cuál es la presión en el equilibrio de O2 si las PNO =

0.400 atm y PNO = 0.270 atm?2

2NO2 (g) 2NO (g) + O2 (g) La unidad de

medida de la

presión es atm

y la

temperatura

siempre en

kelvin

Considere el equilibrio siguiente en 295 K:

La presión parcial de cada gas es 0.265 atm. ¿Calcule Kp y Kc para la

reacción?

NH4HS (s) NH3 (g) + H2S (g)

Kp = PNH3 H2S

P = 0.265 x 0.265 = 0.0702

Kp = Kc(RT)Dn

Kc = Kp(RT)-Dn

Dn = 2 – 0 = 2 T = 295 K

Kc = 0.0702 x (0.0821 x 295)-2 = 1.20 x 10-4

14.2

07-08-2019

13

Miss Daniela Herrera

El valor de Q me permite saber el sentido de la reacción.

Cte de equilibrio Keq y coeficiente de reacción Q

Si se desea comparar una reacción en su estado inicial con su estado de equilibrio.

Ocupo el coeficiente de reacción (Q). Este se obtiene de manera análoga a la Keq, pero

aquí se ocupan las [ ] iniciales de los compuestos no las [ ] del equilibrio.

07-08-2019

14

El cociente de reacción se da en un instante particular de tiempo, no

necesariamente en el momento en que se alcanza el equilibrio.

El cociente de reacción (Qc) se calcula sustituyendo las concentraciones

iniciales de los reactivos y productos en la expresión de la constante de

equilibrio (Kc).

SI

• Qc > Kc el sistema procede de derecha a izquierda para alcanzar el equilibrio

• Qc = Kc el sistema está en equilibrio

• Qc < Kc el sistema procede de izquierda a derecha para alcanzar el equilibrio

1. Exprese las concentraciones de equilibrio de todas las

especies en términos de las concentraciones iniciales y una

sola variable x que representan el cambio en la

concentración.

2. Escriba la expresión de la constante de equilibrio en

términos de las concentraciones de equilibrio. Sabiendo el

valor de la constante de equilibrio, resuelva para x.

3. Habiendo resuelto para x, calcule las concentraciones de

equilibrio de todas las especies.

07-08-2019

15

A 12800C la constante de equilibrio (Kc) para la reacción

Es 1.1 x 10-3. Si las concentraciones iniciales son

[Br2] = 0.063 M

[Br] = 0.012 M

calcule las concentraciones de estas especies en equilibrio.

Br2 (g) 2Br (g)

Br2 (g) 2Br (g)

Sea x el cambio en la concentración de Br2

Inicial (M)

Cambio (M)

Equilibrio(M)

0.063 0.012

-x +2x

0.063 - x 0.012 + 2x

[Br]2

[Br2]Kc = Kc =

(0.012 + 2x)2

0.063 - x= 1.1 x 10-3 Resuelva para x

Kc = (0.012 + 2x)2

0.063 - x= 1.1 x 10-3

4x2 + 0.048x + 0.000144 = 0.0000693 – 0.0011x

4x2 + 0.0491x + 0.0000747 = 0

ax2 + bx + c =0

Br2 (g) 2Br (g)

Inicial(M)

Cambio(M)

Equilibrio(M)

0.063 0.012

-x +2x

0.063 - x 0.012 + 2x

x = -0.00178x = -0.0105

En equilibrio, [Br] = 0.012 + 2x = -0.009 M o 0.00844 M

En equilibrio, [Br2] = 0.062 – x = 0.0648 M

07-08-2019

16

Entre los factores que afectan el equilibrio químico, se encuentran:

Concentración

Temperatura

Presión(Gases)

Factores que afectan el equilibrio

07-08-2019

17

“Cuando a un sistema enequilibrio, se modifica laconcentración, latemperatura o la presión,se afecta la velocidad dela reacción y el punto deequilibrio se desplaza enla dirección que tienda acontrarrestar el efectoprimario de dicha

alteración.”

Factor 1: Concentración

Si se agrega alguna de las sustancias reaccionantes,por ejemplo MONOXIDO DE NITROGENO, se favorecela reacción que tiende a consumir el reactivo añadido,con la finalidad de compensar el cambio efectuado enel equilibrio (Esto ocurre debido a la velocidad directae inversa deben ser iguales), por lo tanto el equilibriose desplazará hacia la formación de productos NO2

hasta que se alcance el estado de equilibrio.

07-08-2019

18

Factor 2: Temperatura

En las reacciones (directa o inversa), siempre haciauna dirección la reacción será de tipo endotérmicay la otra es exotérmica. Un aumento en latemperatura, favorece la endotérmica y unadisminución de la temperatura, favorece laexotérmica.Ejemplo: CO2 + H2O CO + H2O ∆H= 42,7 KJ

Si aumentamos la temperatura al sistema, se absorbe y el equilibrio, sedesplaza hacia la izquierda (hacia mas reactantes y menos productos).Si bajamos la temperatura se desplaza el equilibrio hacia la derecha (producto).

Factor 3: Presión

Sólo tiene efectos significativos, cuando se trata desustancias gaseosas. La presión de un gas es inversoal volumen del gas. El volumen de un gas esdirectamente proporcional al número demoléculas.Entonces: si aumentamos la presión se desplaza donde hay

menos moles y si disminuimos la presión se desplaza el equilibrio

donde hay mas moles Incremento presión de N2 y H2 →

se desplaza hacia los productos.

Si disminuye la presión, el

equilibrio se desplazara hacia la

izquierda (los reactivos)

07-08-2019

19

Factor temperatura

• Si se incrementa la temperatura, se favorece el sentido endotérmico de la reacción.

• Una disminución de la temperatura, favorece el sentido exotérmico de la reacción.

Factor presión

• Si aumenta la presión de un sistema gaseoso en equilibrio, el sistema se desplaza hacia dondehay menor número de moles.

• Si disminuye la presión de un sistema gaseoso en equilibrio, el sistema se desplaza hacia dondehay mayor número de moles.

• Si disminuye el volumen de un sistema gaseoso en equilibrio, el sistema se desplazahacia donde hay menor número de moles.

• Si aumenta el volumen de un sistema gaseoso en equilibrio, el sistema se desplaza hacia dondehay mayor número de moles.

Factor concentración

• Si se incrementa un reactivo, el sistema lo consumirá parcialmente, favoreciendo el sentidodirecto de la reacción.

• Si se incrementa un producto, el sistema lo consumirá parcialmente, favoreciendo elsentido inverso de la reacción.

Modificación del equilibrio Desplazamiento

Aumento de [NH3]

Disminución de la [NO]

Aumento de [H2O]

Disminución de [O2]

Aumento de la presión del sistema

Disminución de la temperatura

Disminución de la presión

Aumento de la temperatura

A partir de la siguiente reacción química

4NH3 (g) +5O2 (g) ↔ 4NO (g)+ 6H2O (g) + 123.28 KJ/mol

Explique como se desplazará el equilibrio