Equilibrio qumico

Equilibrio qumico

Es una reaccin que nunca llega a completar- se, pues se produce simultneamente en ambos sentidos (los reactivos forman productos, y a su vez, stos forman de nuevo reactivos). Es decir, se trata de un equilibrio dinmico.Cuando las concentraciones de cada una de las sustancias que intervienen (reactivos o productos) se estabiliza, es decir, se gastan a la misma velocidad que se forman, se llega al EQUILIBRIO QUMICO.

Ley de accin de las masas

La idea fundamental sobre las constantes de equilibrio puede deducirse con los datos de la siguiente tabla referidos al equilibrio del proceso de descomposicin del tretraxido de dinitrgeno (N2O4) en dixido de nitrgeno (NO2) segn la siguiente ecuacin qumica:

Vamos a establecer varias veces este equilibrioa la misma temperaturapero con distintas concentraciones iniciales tanto de reactivos como de compuestos y medir las concentraciones de las dos especies cuando se alcance el equilibrio. Los datos que se obtienen son:

Concentracionesiniciales (M)Concentracionesen el equilibrio (M)

0,6700,0000,6430,0554,65 . 10-3M

0,4460,0000,4240,0444,66 . 10-3M

0,5000,0300,4910,0484,61 . 10-3M

0,6000,0400,5940,0524,60 . 10-3M

Observa que, si la temperatura no cambia, independientemente de las concentraciones iniciales de las especies que intervienen en la reaccin, el valor de la constante de equilibrio es el mismo. Por otro lado, comprobamos que los exponentes a los que estn elevadas las concentraciones, coinciden con sus coeficientes estequiomtricos. En general, como ya hemos visto antes, para una reaccin general del tipo:a A + b Bc C + d DSe debe cumplir que:

Esta expresin matemtica se conoce como laley de accin de masas. El valor de Kc(o Kp) es independiente de las concentraciones iniciales de reactivos y productos yslo depende de la temperatura. Si la temperatura cambia, tambin lo har el valor de la constante de equilibro.La ley de accin de masas (o tambin llamada del equilibrio qumico) slo se cumple para disoluciones diluidas o para gases a bajas presiones. Si en las reacciones intervienen sustancias con altas concentraciones o gases a presiones altas, las cantidades de sustancia deben multiplicarse por unos factores correctores denominados coeficientes de actividad.Equilibrio homogneo y heterogneoEmpecemos por mencionar que el equilibrio qumico de clase homognea, est dada por un sistema en donde las especies se encuentran en el mismo estado de agregacin, miremos por ejemplo la siguiente ilustracin

Como lo habamos dicho conservan el mismo estado de agregacin, a continuacin definiremos tanto la k en funcin de las concentraciones como en funcin de las presiones parciales.

Para casos generales podemos tomar la siguiente reaccin:

Podemos tener un factor de conversin para trasformar la k en funcin de la concentracin a la k en funcin de las presiones parciales.

Siendo, la diferencia entre las moles del producto y reactivos.Ejemplo. Las concentraciones en equilibrio para la reaccin de monxido de carbono y cloro para formar COCL2 (g)a 74 C son:[CO] = 0.012M, y [COCL2] = 0.14MCalcular las constantes Kc y Kp. La reaccin que debe darse esCO + Cl2 COCl2Para esta reaccin el valor de n es -1 ya que hay una mol de producto y dos moles de reactivo en la mezcla. El valor de Kces = [0.14]/(0.012 x 2.33) = 5 l/molEl valor de Kp= Kc(R T)n= 1.768 x 10-31/atmEquilibrio heterogneo.El equilibrio heterogneo nos indica que en la reaccin hay distintas fases por lo que debe hacerse un tratamiento un poco diferente ya que las especies puras que estn en estado lquido y solido no se incluyen dentro de la expresin de la constante de equilibrio, cuando un disolvente participa en el equilibrio, su concentracin tambin se excluye de la expresin de la constante. En cambio las presiones parciales de los gases y las concentraciones molares de una disolucin si se incluyen en la constante de equilibrio porque estas pueden variar.Ejemplo. Tenemos la siguiente reaccin heterognea.De acuerdo a lo visto anteriormente podemos expresar la constante de equilibrio como:

Podemos mirar que solo influye la concentracin de la especie que se encuentra en estado de agregacin gaseosa.Ejemplo. De acuerdo a la siguiente reaccin determine la expresin la correspondiente constante de velocidad

Principio De Le Chtelier

Este principio establece que si una reaccin en equilibrio es perturbada desde el exterior, el sistema evoluciona en el sentido de contrarrestar los efectos de dicha perturbacin.

Con las palabras del propio Le Chtelier:

Si un sistema en equilibrio es perturbado por un cambio de temperatura, presin o concentracin de uno de sus componentes, el sistema desplazar su posicin de equilibrio de modo que se contrarreste el efecto de la perturbacin

Segn la concentracin de reactivos o productos:

Si aumentamos la concentracin de un sistema que se encontraba originalmente en equilibrio qumico, el equilibrio se desplazar hacia el lado contrario de la ecuacin que ha sido afectado mientras que si la disminuimos sta se desplazar hacia el lado de la ecuacin que ha sido afectado. As que:

Segn la temperatura

Exotrmica

Aumenta hacia la izquierda y disminuye hacia la derecha

EndotrmicaAumenta hacia la derecha y disminuye hacia la izquierda

Segn el volumen

Disminuye Aumenta

Segn la presin

Al aumentar la presin del sistema hace que el equilibrio se desplace hacia el lado de la ecuacin qumica que produce menos cantidad de moles gaseosos. En el proceso contrario, al disminuir la presin el equilibrio se desplaza hacia el lado que produce la mayor cantidad de moles gaseosos.

Ejemplo Del Principio De Chtelier con Respecto A La Presin Y Al Volumen

CO (g) + CI 2 (g) COCI 2 (g)2 volmenes1 volumen

Al aumentar la presin en este sistema de equilibrio, se desplazara hacia la derecha, es decir donde existe menos volumen. En sentido contrario, si existiera una disminucin de presin, el equilibrio se ira donde hay ms volumen, o sea hacia los reactantes, y establecindose un nuevo equilibrio seguidamente.

Factores que afectan el equilibrio qumico La concentracin, temperatura y presin de equilibrio efecto qumico. Les explicamos en detalle uno por uno. Sin embargo, lo primero que le dar el principio de Le Chatelier de equilibrio; "Si uno de los factores como la temperatura, presin o la concentracin del sistema se cambia entonces el sistema reaccionar este cambio de conservar el equilibrio." Efecto de la concentracin en equilibrio: Adicin o eliminacin de las cosas en equilibrio de la reaccin efecto. Por ejemplo, los productos de adicin de reactivos o la eliminacin de aumentar el rendimiento del producto. Por el contrario, la adicin de productos o la eliminacin de sustancias reaccionantes aumentar el rendimiento de los reactivos. Yo otras palabras, en equilibrio primera situacin se desplaza hacia la derecha y en equilibrio segunda situacin se desplaza hacia la izquierda. Por ejemplo;H2(g) + I2(g) 2HI(g)Si se aade gas H2en el recipiente, el equilibrio se desplaza hacia la derecha y el sistema de disminuir la concentracin de H2. (Principio de Le Chatelier)Efecto de la temperatura en equilibrio:El calor se debe dar al sistema en el equilibrio para aumentar la temperatura de la misma. Este proceso da resultados diferentes en las reacciones endotrmicas y exotrmicas. Por ejemplo;H2(g) + I2(g) 2HI(g) + CalorLa reaccin es exotrmica dada anteriormente. Para mantener la temperatura de equilibrio debe ser constante. Si el calor se da al sistema, segn el sistema de principio de Le Chatelier quiere disminuir esta temperatura y desplazamiento del equilibrio hacia la izquierda o la derecha. Constante de equilibrio de esta reaccin;Kc=[HI]2/([I2].[H2])En una reaccin endotrmica, aumentando el equilibrio trmico del giro a la derecha y el equilibrio de los aumentos constantes. En una reaccin endotrmica; aumentar el equilibrio trmico del giro a la izquierda y el equilibrio disminuciones constantes.Efecto de la presin sobre el equilibrio: Para hablar de afectar de presin en el equilibrio, por lo menos una de las materias deben estar en fase gaseosa. En otras palabras, en una reaccin consistente en lquidos acuosos, o slido no hay afectar de presin en el equilibrio de este sistema. Si uno de los asuntos en un recipiente a temperatura y presin constante se quita o se aade, la presin de los cambios en el sistema. Sin embargo, el cambio en la concentracin se toma en consideracin no presin.La temperatura puede ser cambiado bajo volumen constante. En esta situacin, incluso si los cambios de presin, tenemos en cuenta los cambios en la temperatura, mientras que la bsqueda constante de equilibrio. En las reacciones de gas, si no hay cambio en el nmero de moles, entonces la presin no tienen efecto sobre el equilibrio. Ejemplo:Tres contenedor dado a continuacin estn en equilibrio con las reacciones dadas.

Si los volmenes de ellos disminuy desde el punto I y II, en la que encontrar equilibrio contenedor se desplaza hacia la derecha. Solucin: I. En primer contenedor, no hay cambio en el nmero de moles. As, la presin no afecta esta reaccin. II. En segundo recipiente, no hay cambio en el nmero total de moles. Pero, en esta reaccin moles de gas en esta reaccin disminuye. As, el equilibrio se desplaza hacia la derecha. III. Como se puede ver en la reaccin, el nmero de moles de descensos. Por lo tanto el equilibrio se desplaza hacia la derecha.

Constante de Kc y Kp

El equilibrio qumico en una reaccin reversible se consigue cuando las concentraciones de los reactivos y productos de reaccin permanecen invariablesConsideremos la siguiente reaccin reversible:aA + bBcC + dDEn el instante inicial slo hay reactivos, las concentraciones de los productos son nulas, la velocidad de reaccin para formar C y D ser mxima y va disminuyendo a medida que las cantidades de A y B van disminuyendo. Si consideramos la reaccin inversa, en el momento inicial la velocidad para formar A y B ser nula e ir aumentando al formarse cada vez ms C y D. Si la velocidad de reaccin directa va disminuyendo y la velocidad de reaccin inversa va aumentando, llegar un instante en el que esas dos velocidades se igualan; en este momento se dice que se ha alcanzado el equilibrio qumico.Todas las sustancias se consumen a la misma velocidad con que se forman, por lo cual la composicin del sistema permanece invariable. Este estado de equilibrio que se alcanza no es una situacin de reposo, ya que las dos reacciones, directa e inversa, siguen verificndose; es decir, que es un equilibrio dinmico, no esttico.Si se designa por v1a la velocidad de la reaccin directa y por v2a la velocidad de la reaccin inversa, en el equilibrio se cumple que:v1= v2Experimentalmente se ha comprobado que en el equilibrio el producto de las concentraciones molares de los productos elevadas a una potencia igual a sus coeficientes estequiomtricos, es constante para una temperatura dada. Esta constante se denominaconstante de equilibrioy se designa porkc:

La constante de equilibrio puede expresarse tambin en funcin de las presiones parciales (Kp):

Relacin entre las constantes de equilibrio.Una vez definidas las constantes de equilibrio, Kc y Kp vamos a ver la relacin que existe entre ellas:En un gas encerrado en un recipiente se cumple: Pi.V=niRT.La concentracin de este gas ser ci= ni/V, por lo tanto, Pi=ci.R.T. Sustituyendo en la expresin de Kp resulta:

Kp y Kc son slo funcin de la temperatura.Las dos constantes de equilibrio coinciden numricamente slo cuando no hay variacin en el nmero de moles, es decir, cuando n=c+d-a-b=0.ElPrincipio de Le Chatelierestablece que, si un sistema en equilibrio se somete a un cambio de condiciones, ste se desplazar hacia una nueva posicina fin de contrarrestar el efecto que lo perturb y recuperar el estado de equilibrioVariacin de laTemperaturaUna ecuacin exotrmica como:

Se puede escribir as:

Y una ecuacin endotrmica como:

Se puede escribir as:

De donde podemos observar que unincremento de temperaturafavorecer el sentido queconsuma parte de se exceso de calor, mientras queuna disminucin de la temperaturafavorecer el sentido queregenere parte del calor eliminado.

En conclusin:Si seincrementala temperatura, se favorece elsentido endotrmicode la reaccin. Unadisminucinde la temperatura, favorece elsentido exotrmicode la reaccin.Variacin de laPresiny elVolumenSiaumenta la presinde un sistema gaseoso en equilibrio,disminuye el volumen, entonces el sistemase desplaza hacia donde hay menor nmero de moles.Sila presinde un sistema gaseoso en equilibriodisminuye, elvolumen aumenta, entonces el sistemase desplaza hacia donde hay mayor nmero de moles.Por ejemplo, para la siguiente reaccin:

Observamos que al disminuir el volumen del sistema en equilibrio, se incrementa presin interna, en consecuencia la reaccin buscar disminuirla, desplazndose hacia donde haya menor nmero de moles, por lo tanto se favorece el sentido directo de la reaccin, hasta restablecer el estado de equilibrio.En conclusin:Siaumenta la presinde un sistema gaseoso en equilibrio, el sistema se desplaza haciadonde hay menor nmero de moles. Sidisminuye la presinde un sistema gaseoso en equilibrio, el sistema se desplaza haciadonde hay mayor nmero de moles. Sidisminuye el volumende un sistema gaseoso en equilibrio, el sistema se desplaza haciadonde hay menor nmero de moles.

Variacin de laConcentracinCuandoaumenta la concentracinde una sustancia que se encuentra en un sistema en equilibrio, el sistema se desplazar de modo queutiliza parcialmente la sustancia que se adicion.Ladisminucin de la concentracinde una sustancia que se encuentra en un sistema en equilibrio, ocasionar que el sistema se desplace en el sentido quele permita reemplazar parcialmente la sustancia que se removi.El valor de la constante de equilibrio, K, no vara.Para la siguiente reaccin en equilibrio:

Si se agrega oxgeno, el sistema reacciona consumiendo parte del exceso, hasta restablecer el equilibrio:

En conclusin:Si seincrementa un reactivo, el sistema lo consumir parcialmente, favoreciendo elsentido directo de la reaccin. Si seincrementa un producto, el sistema lo consumir parcialmente, favoreciendo el sentidoinverso de la reaccin.Efecto del CatalizadorUn catalizadoracta sobrela rapidezcon la que se alcanza el equilibrio, perono modifica la composicin de la mezcla, por lo tanto,no afecta el valor de la constante de equilibrio.