Equilibrio químico · 3 Equilibrio químico JMLC - Chena – IES Aguilar y Cano - Estepa Equilibrios en varias etapas Si una reacción se puede expresar como la suma de dos o más

Un sistema se encuentra en un estado de equilibrio químico cuando su composición no varía con el tiempo.

33 Equilibrio químicoEquilibrio químicoJMLC - Chena – IES Aguilar y Cano - Estepa

conc

entr

ació

n

tiempo

H2

N2

NH3

tiempo

H2

N2

NH3

conc

entr

ació

n

N 2 g 3H 2 g 2 NH 3 g 2NH 3g N 2 g 3H 2 g

Sólo puede existir en un sistema cerrado, que es el que permite el contacto mutuo entre reactivos y productos.

Es reversible, por eso puede alcanzarse partiendo de los reactivos o de los productos.


Características

N 2 g 3H 2 g 2NH 3 g

Es dinámico, la velocidad a la que ocurre la reacción directa es igual a la de la reacción inversa.


Termodinámica y equilibrio

a A b B cC d D

Greacción = Greacción0 RT ln

pCc pD

d

pAa pB

b

Al cociente se le denomina cociente de reacción (Q) y permite

evaluar en qué sentido evolucionará una reacción química de forma espontánea, teniendo en cuenta la composición en un momento determinado.

pCc pD

d

pAa pB

b


Termodinámica y equilibrio

0 = Greacción0 RT ln pCc pDdpA

a pBb

eq

Es la constante de equilibrio expresada en función de las presiones parciales de cada una de las sustancias que intervienen en la reacción cuando se alcanza el equilibrio.

K p =pCc pD

d

pAa pB

b

Cuando se alcance el equilibrio Greacción=0

0 = Greacción0 RT ln K p

Greacción0 = −RT ln K p K p = e

−G reacción

0

RT


Constante de equilibrio y temperatura

H0 y S0 de una reacción apenas varían con la temperatura, con lo que la relación entre las constantes de equilibrio a diferentes temperaturas se puede obtener a partir de la ecuación de Van't Hoff:

G0 = H 0− T S 0 = −RT ln K p

ln K p = 1R S 0−H 0

T

lnK ' pK p

=H 0

R 1T − 1T '


La constante de equilibrio

Ley de acción de masas (LAM) o ley del equilibrio: Cuando se alcanza el equilibrio, el cociente entre las concentraciones de productos elevadas a sus coeficientes estequiométricos y las concentraciones de reactivos elevadas a los suyos tiene un valor constante a una determinada temperatura. (Guldberg y Waage)

K c=[C ]eq

c [D ]eqd

[ A]eqa [B ]eq

b

a A b B cC d D



K c=[C ]c [D ]d

[A]a [B]b

a A b B cC d D

K p =pCc pD

d

pAa pB

b

pV = n RT p = nVRT K p =

[C ]c RT c [D ]d RT d

[A]a RT a [B]b RT b

K p = K c RT cd −ab = K c RT

nK p = K x p

n



K=[NH 3]

2

[N 2][H 2]3

N 2 3H 2 2NH 3

Las unidades de la constante de equilibrio depende de su definición, así que con carácter general, la constante de equilibrio se utiliza como un número adimensional.La constante de equilibrio de una reacción química, además de la temperatura, depende de cómo se exprese estequiométricamente:

2NH 3 N 2 3H 2

12N 2

32H 2 NH 3

K ' =[NH 3]

[N 2]12 [H 2]

32

K ' ' =[N 2][H 2]

3

[NH 3]2

K =K ' 2 K ' =K K ' ' = 1K


Evolución hacia el equilibrioa A b B cC d D

Q=[C ]c[D ]d

[ A]a [B ]b

Cociente de reacción

K c=[C ]eq

c [D ]eqd

[ A]eqa [B ]eq

b

Constante de equilibrio

Si Q < Kc

[C]c[D]d < ([C]c[D]d)eq

[A]a[B]b > ([A]a[B]b)eq

Reactivos Productos

Si Q > Kc

[C]c[D]d > ([C]c[D]d)eq

[A]a[B]b < ([A]a[B]b)eq

Productos Reactivos

Si Q = Kc Sistema en equilibrio No evoluciona


Equilibrios homogéneosSon en los que todas las sustancias que forman el sistema se encuentran en el mismo estado y fase: todas son gases, todas son líquidas miscibles o todas están en disolución. Todas estas sustancias deben estar en la expresión de su constante de equilibrio.

Equilibrios heterogéneosSon en los que no todas las sustancias que forman el sistema se encuentran en el mismo estado o en la misma fase: sustancias sólidas o líquidas en equilibrio con gases, o sustancias sólidas en equilibrio con sustancias en disolución. En la expresión de la constante de equilibrio solo aparecen las sustancias cuya concentración o presión parcial varía en el proceso, es decir, los gases y las sustancias en disolución.


Equilibrios en varias etapas

Si una reacción se puede expresar como la suma de dos o más reacciones, la constante de equilibrio de la reacción global está determinada por el producto de las constantes de equilibrio de las reacciones parciales.

Si se restan, las constantes se dividen.

Si se multiplican por un mismo coeficiente, la constante queda elevada a dicho número.

Grado de disociación (): fracción de mol en que se disocia una sustancia, esto es, parte de un mol que reacciona. Al multiplicarlo por 100 tendremos el porcentaje de disociación de una sustancia.


Factores que afectan al equilibrio. Principio de Le Chatelier

“Si un sistema en equilibrio es sometido a una perturbación que modifique cualquiera de los factores que determinan el estado de equilibrio, el sistema evolucionará de tal forma que disminuirá al mínimo el efecto de la perturbación.”

Los factores que determinan el estado de equilibrio son los ya conocidos:

Concentración de las sustancias.Presiónvolumen del sistema.Temperatura.


Cambios en la concentración

N 2 3H 2 2NH 3 H=−92,2 kJ


Cambios en la concentración

N 2 3H 2 2NH 3 H=−92,2 kJ

Aumenta la [ C ]Aumenta la [ C ] Consumo de [ C ]Consumo de [ C ]

Disminuye la [ C ]Disminuye la [ C ] Producción de [ C ]Producción de [ C ]


N 2 3H 2 2NH 3

Cambios en la presiónvolumen

H=−92,2 kJ


N 2 3H 2 2NH 3

Cambios en la presiónvolumen

H=−92,2 kJ

Aumenta la pAumenta la pDisminución de n (gases)Disminución de n (gases)

Disminuye el VDisminuye el V

Aumento de n (gases)Aumento de n (gases)Disminuye la pDisminuye la p

Aumenta el VAumenta el V


N 2 3H 2 2NH 3

Cambios en la temperatura

H=−92,2 kJ


N 2 3H 2 2NH 3


H=−92,2 kJ

Aumenta la TAumenta la T Proceso endotérmicoProceso endotérmico

Disminuye la TDisminuye la T Proceso exotérmicoProceso exotérmico


N 2 3H 2 2NH 3


H 0=−92,2 kJ

lnK ' pK p

=H 0

R 1T − 1T '

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