1Equilibrio fsico

EQUILIBRIO QUMICO:A medida que la reaccin tiene lugar, disminuye la concentracin de los reactivos segn como sevan agotando, por lo tanto, la velocidad de la reaccin tambin decrece. Al mismo tiempo aumentanlas concentraciones de los productos, tendiendo a colisionar unos con otros para volver a formar losreactivos. Por ltimo, la disminucin de la velocidad de la reaccin directa se compara al incrementode la velocidad de la reaccin inversa, y cesa todo cambio. El sistema est entonces en equilibrioqumico, en el que las reacciones opuestas tienen lugar a la misma velocidad.CONSTANTE DE EQUILIBRIO:Constante que equivale al producto de las concentraciones de las sustancias formadas en unareaccin qumica reversible en la que se ha alcanzado el equilibrio, dividido entre el producto de lasconcentraciones de las sustancias que reaccionan, elevada cada una a un exponente igual alcoeficiente que precede a su respectiva frmula en la ecuacin qumica ajustada.Sea la reaccin reversible entre los reactivos A y B para dar los productos de reaccin C y D, segn:aA + bB cC + dD (siendo A, B, C y D reactivos cualesquiera; y a, b, c y d son sus coefientesen la ecuacin balanceada, la concentracin el mol/litro.)La velocidad de la reaccin directa, v, es directamente proporcional al producto de lasconcentraciones de los reactivos, elevada cada una a un exponente igual al coeficiente del reactivoen la reaccin:v = k a b donde k es la constante de velocidad de la reaccin de A con B a unatemperatura determinada.La velocidad de la reaccin inversa, v, es, de forma anloga:

v= k c dCuando se alcanza el equilibrio, la velocidad de las dos reacciones es la misma y, por tanto:Donde Kc es la constante de equilibrio, que dependenicamente de la temperatura y es adimensional.En reacciones entre gases se utilizan las presiones parciales en lugar de las concentracionesmolares, y la constante de equilibrio se denomina Kp.En muchos casos no se conocen las concentraciones de equilibrio de todas las especiesqumicas, pero siempre se conoce de al menos una especie y podemos deducir mediante laestequiometria la concentracin de las dems especies. Ejemplo:Datos: 5.00 litros de agua 25 C 0.0124 M de amonaco y en equilibrio muestra la concentracinde OH- 4.64 10-4. Cual es Kc?NH3 (ac) + H2O (l) NH4+ (ac) + OH- (ac)Inicial 0.0124 M H2O (l) 0 M 0 MCambioEquilibrio 4.64 10-4 MNH3 (ac) + H2O (l) NH4+ (ac) + OH- (ac)Inicial 0.0124 M H2O (l) 0 M 0 MCambio -4.64 10-4 M +4.64 10-4 M +4.64 10-4 MEquilibrio 0.0119 M 4.64 10-4 M 4.64 10-4 MKc = [NH4+] [OH-] = (4.64 10-4 M) = 1.81 10-5[NH4+] (0.0119 M)EQUILIBRIO HETEROGNEO:

2Equilibrio fsico

Se produce cuando en un sistema en que ocurre una reaccin reversible y donde alguna oalgunas de las sustancias involucradas se encuentran en un estado de agregacin diferenteque el de las otras. Es decir que en un sistema en equilibrio heterogneo se diferencias fases.Si una o varias de las sustancias constituyen una o ms fases slidas estas no se toman encuenta para los clculos de equilibrio, pues las fases slidas no estn dispersas en el sistemade manera homognea y, por lo tanto, no tiene sentido expresar su concentracin. Porejemplo, en la descomposicin del carbonato de calcio:CaCO3(S) CaO(S) + CO2 (g)Tanto el carbonato de calcio como el xido de calcio son slidos; por lo tanto, no se tienenen cuenta para los clculos de equilibrio, donde Kc es igual a la concentracin molar deldixido de carbono.PRINCIPIO DE LE CHTELIER:Segn el cual si se realiza cualquier cambio en las condiciones de un sistema en equilibrio,ste tiende a desplazarse de forma que compensa la variacin producida. Concentracin: cuando aumenta la concentracin de los reactivos, el equilibrio serestablece mediante la formacin de productos; por el contrario, cuando aumenta laconcentracin de productos, el equilibrio se restablece mediante la formacin de reactivos. Volumen y presin: en los sistemas constituidos por lquidos o slidos casi no sonafectados (por que son muy poco comprensibles). En gases, cuando aumenta la presin totaldel sistema, el equilibrio se restablece mediante el desplazamiento hacia el lugar donde haymenor nmeros de moles y, si la presin disminuye, se desplaza hacia donde hay mayornumero de moles. Ejemplo:N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)Desde el punto de vista estequiomtrico, en esta reaccin existen 4 moles de reactivos y 2moles de productos. Si se aumenta la presin, el sistema se restablecer a la formacin deproductos, e inversa, si se disminuye la presin. Cambios de temperatura: en una reaccin endotrmica (necesita energa) si una vesalcanzado el equilibrio sigue aumentando la temperatura la reaccin se desplazara hacia a laformacin de productos reequilibrndola.En una reaccin exotrmica (libera energa) si aumenta la temperatura, para compensar estecambio se desplazar hacia la formacin de reactivos.

CIDOS Y BASES:Dos tipos de compuestos que presentan caractersticas opuestas: Los cidos tienen un sabor agrio, colorean de rojo el tornasol, reaccionan con ciertosmetales desprendiendo hidrgeno, cambian de color el te negro y otros extractos vegetales. Las bases tienen sabor amargo, colorean el tornasol de azul y tienen tacto jabonoso.CIDOS FUERTES Y DBILES:Se considera cidos fuertes a los que poseen elevado porcentaje de ionizacion, al disolverseen agua la mayora o todas de sus molculas se disocian en iones y se considera una reaccinirreversible. Sus bases conjugadas tienen una tendencia insignificante a extraer protones ensolucin acuosa.Los cidos dbiles poseen baja ionizacin y producen una mezcla del acido en la que unaparte se encuentra como especie molecular y otra como especie disociada, sus basesconjugadas muestran poca capacidad para quitar protones del agua.

3Equilibrio fsico

Manera de describir la fuerza de los cidos:Propiedad Acido fuerte Acido dbilPosicin de equilibrio de disociacin Muy desplazado hacia la derecha Muy desplazado haciala izquierdaFuerza de la base conjugada en comparacin con el agua. A- es una base mucho ms dbilque (H2O) A- es una base mucho mas fuerte que (H2O)BASES FUERTES Y DBILES: Las bases fuertes, en solucin, tienen un alto grado de ionizacin, que hace muy sencillocalcular el pH de la solucin y se considera una reaccin irreversible. Las bases dbiles poseen bajo grado de ionizacin en solucin, predominan las molculassobre los iones correspondientes.TEORA DE BRNSTED-LOWRY:Una teora ms satisfactoria es la que formularon en 1923 el qumico dans JohannesBrnsted y, paralelamente, el qumico britnico Thomas Lowry. Esta teora establece que loscidos son sustancias capaces de ceder protones (H+) y las bases sustancias capaces deaceptarlos.HA (ac) + H2O (l) H3O+(ac) + A-(ac)Acido Base Acido conjugado Base conjugadaEste modelo hace hincapi en el papel de la molcula polar de agua al atraer el protn delcido y formar un nuevo acido conjugado y una nueva base conjugada. En (HCl), cido, cedeun protn y se convierte en una base conjugada, el agua, base, toma un protn se convierteen un acido conjugado, a la inversa, la base (Cl.-), base, toma un protn para dar (HCl) sucido conjugado y el (H3O+), cido, cede un protn dando su base conjugada, el agua.HCl(ac) + H2O(l) H3O+(ac) + Cl-(ac)En este caso el equilibrio se desplaza hacia la derecha al ser la base conjugada de (HCl), (Cl-), una base dbil, y (H3O+), el cido conjugado de (H2O), un cido dbil.Al contrario, el cloruro de hidrgeno, es un cido dbil en agua y no transfiere con facilidadun protn al agua:HF(ac) + H2O(l) H3O+(ac) + F-(ac)Este equilibrio tiende a desplazarse a la izquierda pues (H2O) es una base ms dbil que (F-)y (HF) es un cido ms dbil (en agua) que (H3O+). La teora de Brnsted y Lowry tambinexplica que el agua pueda mostrar propiedades anfteras. De este modo, el agua acta comobase en presencia de un cido ms fuerte que ella (como HCl) o, lo que es lo mismo, de uncido con mayor tendencia a disociarse que el agua:HCl(ac) + H2O(l) H3O+(ac) + Cl-(ac)El agua tambin acta como cido en presencia de una base ms fuerte que ella (como elamonaco):NH3(ac) + H2O(l) NH4+(ac) + OH-(ac)AUTODISOCIACIN DEL AGUA:El agua es la sustancia anftera ms comn, como se lo observa en su ionizacin, en la cual

4Equilibrio fsico

se transfiere un protn a una molcula de agua a otra para producir un ion hidrxido e ionhidronio.H2O (l) + H2O (l) H3O+ (ac) + OH-(ac)Suele abreviarse: H2O (l) H+(ac) + OH-(ac)En esta reaccin una molcula de agua acta como cido aportando un protn, y la otra comobase aceptndolo. La reaccin de autodisociacin del agua conduce a la siguiente expresinde equilibrio.Kw = [H3O+] [OH-]Suele abreviarse: Kw = [H+] [OH-]La constante Kw se llama constante de producto inico(o constante de disociacin) y siemprese refiere a la disociacin del agua. La concentracin del agua no aparece en la expresin Kw,porque permanece esencialmente constante.Los experimentos demuestran que a 25 C,[H+] = [OH-] = 1.0 10-7 MLo que significa que a 25 C,Kw = [H+] [OH-] = (1.0 10-7) (1.0 10-7)Kw = 1.0 10-14En cualquier solucin acuosa a 25 C, sin importar su contenido el producto de [H+] y [OH-]siempre es igual a 1.0 10-14. Pueden ocurrir tres casos:1) una solucin neutra: [H+] = [OH-]2) una solucin cida: [H+] > [OH-]3) una solucin bsica: [H+] < [OH-]ESCALA DE pH:Trmino que indica la concentracin de iones hidrgeno en una disolucin. Se trata de unamedida de la acidez de la disolucin. El trmino (del francs pouvoir hydrogne) se definecomo el logaritmo de la concentracin de iones hidrgeno, (H+), cambiado de signo:pH = -Log [H+] (donde [H+] es la concentracin de iones hidrgeno en moles por litro.)El pH tambin se expresa a menudo en trminos de concentracin de iones hidronio.En agua pura a 25 C de temperatura, existen cantidades iguales de iones (H3O+) y de ioneshidrxido (OH-); la concentracin de cada uno es 10-7 moles/litro. Sin embargo, al aadirle uncido al agua, se forma un exceso de iones (H3O+); en consecuencia, su concentracin puedevariar entre 10-6 y 10-1 moles/litro, dependiendo de la fuerza y de la cantidad de cido. As,las disoluciones cidas tienen un pH que vara desde 6 (cido dbil) hasta 1 (cido fuerte). Encambio, una disolucin bsica tiene una concentracin baja de iones (H3O+) y un exceso deiones (OH-), y el pH vara desde 8 (base dbil) hasta 14 (base fuerte).El pH de una solucin puede medirse mediante una valoracin, que consiste en laneutralizacin del cido (o base) con una cantidad determinada de base (o cido) deconcentracin conocida, en presencia de un indicador (un compuesto cuyo color vara con elpH). Tambin se puede determinar midiendo el potencial elctrico que se origina en ciertoselectrodos especiales sumergidos en la disolucin

5Equilibrio fsico

EFECTO ION COMN:Algunas soluciones pueden contener dos solutos con un ion en comn. Si se disuelve acetatode sodio (NaCH3CO.O) junto con acido actico (HCO.OCH3) el ion comn, acetato (CH3CO.O-) esto incide en la situacin de equilibrio y se denomina efecto del ion comn. Como el acetatoes una sal estar totalmente disociada en iones y el acido actico al ser un cido dbil,establecer el equilibrio entre las molculas no disociadas, los iones (H3O+) y el acetato:HCO.OCH3(ac) + H2O(l) H3O+(ac) + CH3CO.O-(ac)Aplicando el principio de Le Chtelier, el aumento del ion acetato, por el agregado de la sal,har que el sistema evolucione hacia la formacin de acido actico, es decir, a la forma nodisociada. Por lo tanto, disminuir la acidez. Una solucin que contiene (NaCH3CO.O) y(HCO.OCH3) ser menos cida que la que solo contiene el cido.DISOLUCIN AMORTIGUADORA:Solucin que contiene unas sustancias que inhiben los cambios de pH, o concentracin deion hidrgeno de la solucin. Dichas sustancias pueden contener un cido dbil y su sal, porejemplo, cido actico y acetato de sodio, o una base dbil y una sal de esa base, por ejemplo,hidrxido de amonio y cloruro de amonio. Los fluidos de los organismos vivos estnfuertemente amortiguados, el agua del mar, la sangre y ciertas sustancias del suelo son otrosejemplos de disoluciones armotiguadoras existentes en la naturaleza. Se utilizan enconsiderablemnete en qumica y sirven como referencia en la medida del pH.Caractersticas de la solucin amortiguadora:1. contiene una cido dbil HA y su base conjugada A-2. el amortiguador resiste los cambios de pH reaccionando con (H+) y OH-3. al aadir (H+) reacciona con la base A-H+ (ac) + A- (ac) HA (ac)4. al aadir (OH-) reacciona con el cido dbil HAOH-(ac) + HA (ac) H2O(l) + A-(ac).

6Equilibrio fsico

Defina el equilibrio, cite dos ejemplos y explquelos brevemente:el equilibrio se refiere a aquel estado de un sistema en el cual no se produce ningn cambio netoadicional. Cuando a y B reaccionan para formar C y D a la misma velocidad en que C y D reaccionanpara formar A y B, el sistema se encuentra en equilibrio.Ejemplo de equilibrio:La reaccin entre H2 y N2 para formar NH33H2 (g) + N2 (g) 2NH3 (g)este es uno delos equilibrios mas importantes que se conocen debido a que se utiliza para capturarnitrgeno de la atmsfera en una forma que se pueda utilizar para fabricar fertilizantes y muchosotros productos qumicos.La reaccin entre SO2 y O2 para formar SO32SO2 (g) + O2 (g) 2SO3 (g)2.-) Explique la diferencia entre equilibrio fsico y equilibrio qumico. De dos ejemplos de cadauno.La diferencia que existe es que el equilibrio fsico se da entre dos fases de la misma sustancia, debidoa que los cambios que ocurren son procesosfsicos; mientras que el equilibrio qumico se alcanzacuando las velocidades delas reacciones directas e inversas se igualan y las concentraciones netasde reactivos y productos permanecen constantes.Ejemplos de Equilibrios Fsicos:La evaporacin del agua en un recipiente cerrado a una temperatura determinada.En este caso, el nmero de molculas de H2O se dejan en la fase lquida y regresan a ella es elmismo:H2O (l) H2O (g)Ejemplos de Equilibrio Qumico

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

H2 (g) + I2 (g) 2HI (g)

7Equilibrio fsico

3.- ) Defina el equilibrio homogneo y el equilibrio heterogneo. Cite dos ejemplos de cada uno.Equilibrio Homogneo:Se aplica a las reacciones en las que todas las especies reaccionantes se encuentran en las mismafase.Equilibrio Heterogneo:Se da en una reaccin reversible en la que intervienen reactivos y productos en distintas fases.Ejemplos de equilibrio Homogneo:2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g)

CH3COOH (ac) + H2O (l) CH3COO (ac) + H3O+ (ac)

Ejemplos de equilibrio Heterogneo:CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)Los dos slidos y el gas constituyen tres fases distintas

(NH4)2Se (s) 2NH3 (g) + H2Se (g)

4.-) Enuncie la Ley de Accin de Masas:

8Equilibrio fsico

Es una relacin que establece que los valores de la expresin de la Ke son constante par una reaccinen particular a una temperatura dada, siempre que se haya sustituido las concentraciones enequilibrio.5.-) Formule las ecuaciones de las constantes de equilibrio Ke, para los siguientes procesos:C (s) + CO2 (g) 2CO (g)

2HgO (s) 2Hg (l) + O2 (g)

2ZnS (s) + 3O2 (g) 2ZnO (s) + 2SO2 (g)

PCl3 (g) + Cl2 (g) PCl5 (g)

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

6.-) Defina el cociente de reaccin. en que se diferencia de la constante de equilibrio?

9Equilibrio fsico

El cociente de reaccin tiene la misma forma que la constante de equilibrio, pero se refierea valores especficos que no son necesariamente concentraciones en equilibrio. Sin embargo cuandoson concentraciones en equilibrio, Q = Kc.Puede compararse la magnitud de Q con la de K para una reaccin en determinadas condicionescon el fin de decidir si debe producirse la reaccin neta hacia la derecha o hacia la reaccin inversapara establecer el equilibrio.Para aA + bB cC + dD

7.-) Enuncie el principio de Le Chatelier. Mencione 4 factores que puedan desplazar la posicin deun equilibrio. Solo uno de esos factores puede hacer variar el valor de la constante de equilibrio.cual es ese factor?Principio de Le Chatelier:Cuando un sistema en equilibrio qumico es perturbado por un cambio de temperatura, presin oconcentracin, el sistema modificar la composicin en equilibrio en alguna forma que tienda acontrarrestar este cambio de la variable.Factores que puedan reemplazar la posicin de equilibrio.

Variacin en la temperatura. Variacin en la presin. Variacin del volumen

La variacin de temperatura es el factor que pueda hacer variar el valor de la constante de equilibrio.8.-) Defina los cidos y las bases de Bronsted. Como difieren estas definiciones de Bronsted delas de Arrhernius?cidos y Bases de Bronsted.

Un cido, es la especie donadora de un protn en una reaccin de transferencia de unprotn.

Una base, es la especie receptora del protn en una reaccin de transferencia de un protn. Las definiciones de Bronsted con respecto a los cidos y bases se diferencian de las de

Arrhernius cuando dice que un cido, es una sustancia que tiene hidrgeno y produce H+en solucin acuosa. Una base es una sustancia que contiene el grupo OH y, produce el Inhidrxido, OH- en solucin acuosa.

9.-) Identifique los pares conjugados cidos bases, segn Bronsted, en cada una de las siguientesreacciones:

10Equilibrio fsico

H2PO4- + NH3 HPO4= + NH4+cido base cido base

C6H5NH2 + H2O C6H5NH3+ + OH-Base cido cido base

HCN + H2O CN- + H3O+cido base base cidos

NH4+ + H2O NH3 + H3O+cido base base cidos10.-) Escriba las ecuaciones de disolucin del H2O y la expresin para el producto inico del agua,Kw.H2O (l) H+ (ac) + OH- (ac)Ke[H2O] = Kw = [H+][OH-]Kw = [H+][OH-] = 1,0 x 10-14Kw = (1,0 x 10-7)(1,0 x 10-7) = 1,0 x 10-14Expresin para el producto inico del agua, kw.11.-) Complete la siguiente tabla para una disolucin:

Carcter de la solucinRangos de valores para

pH pOH

[H+] > [OH-] cida < 7 > 7

[H+] < [OH-] Bsica > 7 < 7

[H+] = [OH-] Neutra = 7 = 712.-) Indique cuales de las siguientes soluciones son cidas, bsicas o neutras.

Un litro de agua destilada tendr un carcter NEUTRA y un pH igual a 7 El pH de la sangre cida entre 7,35 y 7,45 por lo tanto es una solucin BSICA Un suelo que tiene un pH superior a 7,50 pero inferior a 9,00 ser de carcter BSICO

13.-) Escriba sobre una lnea la palabra cida, bsica o neutra. pOH > 7 : la disolucin es CIDA pOH = 7 : la disolucin es NEUTRA

11Equilibrio fsico

pOH < 7 : la disolucin es BSICA14.-) Defina solucin amortiguadora. Cuales son sus componentes!Es una solucin de un cido dbil o una base dbil y su sal. Los dos componentes deben estarpresentes.La disolucin tiene la capacidad de resistir los cambios de pH cuando se agregan pequeascantidades tanto de cidos como de bases.La disolucin amortiguadora est compuesta por un cido o una base y una sal.15.-) Cite dos ejemplos donde se ponga en evidencia la importancia de las solucionesamortiguadoras:las disoluciones amortiguadoras son muy importantes en los sistemas qumicos y biolgicas.El pH en el cuerpo humano vara mucho de un fluido de a otro; por ejemplo, el pH de la sangre esalrededor de 7,4, en tanto que el del jugo gstrico humano es de alrededor de 1,5.En la mayor parte de los casos, estos valores de pH, que son ctricas para el funcionamientoadecuado de las enzimas y del balance de la presin osmtica, se mantienen gracias a lasdisoluciones amortiguadoras.Una solucin que contiene molculas de cido actico y iones acetato (adems, por supuesto, deotros iones). El equilibrio principal en esta solucin es:HC2H3O2 H++C2H3O2-

despejando [H+], se tiene: