Equilibrio Qumico

QUIMICA APLICADA

I2 + H2 2 HI

Equilibrio Qumico

Cuando un

sistema est en

equilibrio?

Cuando est en un estado donde no es

posible ningn cambio sin que haya

cambios netos en el entorno.

aA + bB cC + dD

Concentraciones en el equilibrio

Regin de concentraciones

constantes

Velocidad de Reaccin Directa

aA + bB cC + dD d

i

Vd = d .[A] a . [B] b

Velocidad de Reaccin Inversa

Vi = i .[C] c . [D] d

En la zona de equilibrio Vd = Vi entonces

d .[A] a . [B] b = i .[C]

c . [D] d Por lo que

d [C] c . [D] d

i [A] a . [B] b

= d [C]

c . [D] d

i [A] a . [B] b

= = Kc

Kc = Constante de Equilibrio

Veamos un ejemplo

Una mezcla de Iodo (I2) e Hidrgeno (H2) forma, mediante

una reaccin en equilibrio, cido Iodhdrico (HI).

I2 (g) + H2 (g) 2 HI (g) Kc [H I] 2

[I2] . [H2]

=

Resumen de las reglas para escribir K

* Concentraciones en mol/L (Kc) o en atm (Kp)

* Slidos puros, Lquidos puros y disolventes no aparecen en

la expresin de K

* Tanto Kp como Kc son adimensionales

* Al expresar el valor de Kp o Kc, hay que especificar la ecuacin

balanceada y la temperatura

* Si una reaccin representa la suma de varias reacciones, la

constante de equilibrio para la reaccin global se expresa como el

producto de cada constante de equilibrio.

K global = K.K.Kn.

* Si para una reaccin de izquierda a derecha se define Kp o Kc,

para la reaccin de derecha a izquierda ser 1/Kp o 1/Kc.

Significado del valor de Kc

Tres situaciones posibles:

La K > 1 entonces: [productos] > [reactivos] Favorable para productos

La K 1 entonces [productos] [reactivos].

La K < 1 entonces [productos] < [reactivos]: Desfavorable para productos.

Conociendo el valor de la constante de equilibrio se puede juzgar

cualitativamente en que forma se desplaza la reaccin antes de alcanzar

el equilibrio, es decir si la reaccin es o no favorable para la obtencin

de productos.

Clases de Equilibrios

Reactivos y

Productos en

la misma fases

2CO(g) + O2(g) 2CO2(g)

Reactivos y

Productos en

diferente fases

Los Productos

participan en

otro equilibrio

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

B C

Homogneos Mltiples Heterogneos

Kc = [CO2] Kc = K1 . K2 Kc [CO2]

2

[CO]2 . [O2] =

Relacin entre Kc y Kp

Kc [B] b

[A]a =

En funcin de sus

presiones parciales

Kp PBb

PAa

=

PA . V nA . R . T =

Supongamos la siguiente reaccin aA(g) bB(g)

Si tenemos que PB . V nB . R . T = y

Reemplazando

en Kp

Kp Kc (RT)n =

nBRT V [B]

b

Kp (RT)(b-a)

nART [A]a

V

=

[

[

]

]

b

a =

Principio de Le Chtelier

Si se aplica una perturbacin externa sobre

un sistema en equilibrio, el sistema se ajusta

hacia una nueva posicin de equilibrio.

Una vez que la perturbacin cesa, el sistema

tiende naturalmente a volver al equilibrio

inicial.

Factores que afectan

el equilibrio

Cambio en la concentracin

Cambio en el V y la P

Cambio en la Temperatura

Agregado de un catalizador

(1850-1936)

Cambios en la Concentracin

[R] [P]

[R] [P]

El valor de K no se

modifica

2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(g)

Para saber si la

reaccin alcanz

el equilibrio

Si Q < Kc

Si Q > Kc

Si Q = Kc

R P

Sistema en equilibrio

R P

Medir la [R] y de [P]

Q [H2O]2

[H2]2 . [O2]

=

Cociente de la reaccin

Cambios en el V o en la P

El equilibrio se

desplaza hacia donde

hay menos moles

V P [P]

[R] V P

El valor de K no

se modifica

Si n = 0 : no hay

desplazamiento

2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(g)

Agregado de un catalizador Aumento de la Vd y la Vi en la misma magnitud

El valor de K no

se modifica

No se altera la posicin de

equilibrio pero se llega ms

rpido al equilibrio

Agregado de un gas Inerte: 2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(g)

Aumento de la Presin total

del Sistema

Disminucin de la Fraccin

Molar de cada gas

Y como Ppx = PT . Xx

El efecto neto es que el equilibrio no se ve

afectado por el agregado de un gas inerte

n de productos n de reactivos

El valor de K no

se modifica

Ppx permanece constante

Cambios en la temperatura

N2O4(g) 2 NO2(g) H = 58 kj/mol

Si la temperatura

se modifica

El valor de K

se modifica

y H es + (endo)

y H es (exo)

El valor de Kc

El valor de Kc

La temperatura es la nica variable que modifica el valor de Kc

Por ejemplo, si la temperatura aumenta:

Kc = k d/k i

Vd y la Vi se modifican

en diferente magnitud

Termodinmica y equilibrio

En el equilibrio: G = 0 y Q = K G = G R T ln Q

Relacin entre G y K

K ln K G Comentarios

>1 + -

=1 0 0

Veamos un ejemplo:

Una mezcla de 0,5 moles de I2 y de 0,5 moles de H2 son colocados en

un recipiente de 1 L a 430 C. Si Kc = 54,3 calcule la concentracin

de H2, I2 y HI en el equilibrio.

I2 + H2 2HI

0,5 0,5 0,0

-x -x +2x

0,5-x 0,5-x +2x

Kc = [HI]2 / [I2] . [H2]

54,3 = [2x]2 / [0,5-x] . [0,5-x]

54,3 = [2x]2 / [0,5-x]2

7,37 = 2x / [0,5 - x] x = 0,3926

De esta manera:

Verificar

[H2] = (0,5 0,3926) = 0,1074M

[I2] = (0,5 0,3926) = 0,1074M

[HI] = (2 . 0,3926) = 0,7852 M

Equilibrios cido-Base

Propiedades cido-

base del agua:

cido: toda sustancia capaz de donar protones o recibir electrones.

Base: toda sustancia capaz de recibir protones o donar electrones.

Electrolito dbil Mal conductor

de la electricidad

Se comporta como una base frente a cidos

Se comporta como una cido frente a bases

Autoionizacin H2O(l) H+

(ac) + OH-

(ac)

Si escribimos Kc

Kc = [H+] . [OH-] Kc se denomina constante del

producto inico

En el agua pura y a 25C Kc = 10-14

Kc = [10-7] . [10-7]

Nmeros muy pequeos

En 1909 propone utilizar escala logartmica

(1868-1939)

Soren Sorensen

pH = - log [H+]

Soluciones cidas: [H+]>10-7 entonces pH < 7

Soluciones neutras: [H+]=10-7 entonces pH =7

Soluciones bsicas: [H+] 7

H2O(l) H+

(ac) + OH-

(ac)

De manera anloga

pOH- = - log [HO

-]

Soluciones cidas: [HO-] >10-7 entonces pOH< 7

Soluciones neutras: [HO-]=10-7 entonces pOH=7

Soluciones bsicas: [HO-] 7

pKc = pH + pOH 14 = pH + pOH

La concentracin de iones OH- en una solucin limpiadora es de

0,0025 M. Calcula la concentracin de H+ y su pH.

Veamos un ejemplo:

[H+] = Kw / [OH-] = 10 -14 / 0,0025 = 4 x 10-12 M

pH = 11,4