EQUILIBRIO QUÍMICO

Una reacción química queda representada por una ecuación química donde se indica: qué sustancias intervienen en qué estado de agregación se encuentran qué cantidad de calor se absorbe o libera en dicho proceso a través de su ΔH. Ejemplo: H2 (g) + I2 (g) 2 HI(g) a 700°C ΔH

> 0

Si en un recipiente cerrado, al combinarse los reactivos alcanzan la energía suficiente para dar los productos, la reacción ocurre de izquierda a derecha. Como están todas las sustancias mezcladas, análogamente a lo que ocurre con los reactivos puede ocurrir con los productos. De modo que si el choque entre sus moléculas supera la energía de activación de la reacción inversa, estos se descomponen regenerando los reactivos, entonces se dice que la reacción es reversible y se la representa con . Por ejemplo la síntesis de yoduro de hidrógeno a 700°C

H2 (g) + I2 (g) 2 HI(g) reacción reversible a 700°C ΔH > 0

Si la reacción inversa ocurre en una proporción mucho menor que la directa o si los productos no alcanzan la energía de activación para regenerar los reactivos se dice que la reacción es completa y se la representa con una única flecha:

2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O (l) ΔH < 0 Reac.total o

irreversible

Por lo tanto en un sistema cerrado, toda reacción reversible, puede ocurrir en ambos sentidos. Por ejemplo: H2 (g) + I2 (g) 2 HI(g) a 700°C

vD = kD (H2) (I2) es directamente proporcional al número de choques efectivos entre las moléculas de reactivos H2 e I2vI = kI (HI) (HI) = kI (HI)2 es directamente proporcional al número de choques efectivos entre las moléculas de HI A partir de ese instante

vD=vI

Se llega a un estado de Equilibrio Químico Los reactivos se transforman en productos con la

misma velocidad que los productos vuelven a transformarse en reactivos. El equilibrio es dinámico VD = VI La concentración de los reactivos y productos permanecen constantes a lo largo del tiempo. El equilibrio es de composición estable

Equilibrio Químico: Es un estado en el cual no se observan cambios a medida que transcurre el tiempo.

aA + bB cC + dD K define, a esa temperatura, la composición final de la mezcla en el equilibrio cualquiera sea la cantidad de Reactivos y Productos que se encuentren inicialmente presentes

En la expresión de K no intervienen sólidos ni líquidos puros ya que la concentración de los mismos prácticamente no se modifica durante la reacción y por lo tanto su valor por ser fijo a esa temperatura queda incluido en el valor de la constante. Por ejemplo si C es una sustancia sólida, la concentración de C es:

ValorFijoMrC

CDensidadde

CDensidaddemasadeC

MrCmasadeC

VolumendeCmolesdeCC

Solamente intervienen las soluciones y las sustancias en estado gaseoso expresando la concentración de las mismas en molaridad.

La constante de equilibrioPara la reacción generalizada

Kc >> 1 en el equilibrio hay mucha mayor concentración de productos que de reactivos Kc << 1 en el equilibrio hay mucha mayor concentración de reactivos que de productos Kc = 1 en el equilibrio hay cantidades apreciables de reactivos y productos

Si todos los reactivos y productos están en una sola fase, el equilibrio es homogéneo.

Si algún reactivo y/o producto está en una fase diferente, el equilibrio es heterogéneo CaCO3 (s) CaO(s) + CO2 (g)

K= (CO2)eq

Para reacciones en fase gaseoso, como la presión es proporcional a la concentración en un sistema cerrado, la expresión de equilibrio tambiénpuede escribirse así:

Kp =(PC

c) (PD

d)(PA

a) (PB

b)

aA + bB cC + dD

Kc = [C]c[D]d

[A]a[B]b

Relación entre Kc y KpA partir de la ley de los gases ideales Reorganizándola, obtenemos

Conectando esto en la expresión para Kp para cada sustancia, la relación entre Kc y Kp se vuelve

Kp = Kc (RT)n

n = (moles del producto gaseoso) – - (moles del reactivo gaseoso)

RTVnP

nRTPV

Cociente de reacciónPara una determinada reacción a A + b B c C + d D Se puede calcular el cociente de reacción QC

ba

dc

C BADCQ )()()()(

donde las concentraciones son las concentraciones en cualquier instante de la reacción

QC = K concentraciones de reactivos y productos están en equilibrio

QC > K hay mayor concentración de productos, estos tenderán a dar reactivos hasta llegar a la nueva situación de equilibrio

QC < K hay mayor concentración de reactivos, y entonces estos tenderán a dar productos hasta llegar a la nueva situación de equilibrio

Principio de Le Châtelier

“Si un sistema en equilibrio es perturbado por un cambio en la temperatura, presión o concentración de uno de los componentes, el sistema desplazará su posición de equilibrio para contrarrestar el efecto de la perturbación”.

Principio de Le Châtelier

• Cambios en la concentración

CambioDesplazamiento delEquilibrio hacia

Aumenta la concentración de producto(s)izquierdaDecrece la concentración de producto(s)derecha

Decrece la concentración de reactante(s)Aumenta la concentración de reactante(s)derecha

izquierda

aA + bB cC + dD

AñadirAñadirQuitar Quitar

Principio de Le Châtelier

• Cambios en volumen y presión

A (g) + B (g) C (g)

CambioDesplazamiento del equilibrio hacia el

Aumenta la presión lado con menos moles de gasDisminuye la presiónlado con más moles de gas

Disminuye el volumenAumenta el volumenlado con más moles de gas

lado con menos moles de gas

Si hay igual número de moles gaseosos en reactivos y productos, un cambio de P o V no altera al equilibrio

Principio de Le Châtelier

• Cambios en la temperatura

Cambio Rx ExotérmicoAumenta la temperatura Disminuye la temperatura

Rx Endotérmico

frío caliente

Se desplaza hacia el sentido endotérmicoSe desplaza hacia el sentido exotérmico

Sin catalizador Con catalizador

Un catalizador baja Ea para ambas reacciones.Un catalizador no cambia la constante de equilibrio o mueve el

equilibrio.

• Añadiendo un catalizador• no cambia el valor de K• no cambia la posición de un sistema en equilibrio• el sistema alcanzará más rápido el equilibrio

Principio de Le Châtelier

Principio de Le Châtelier

CambioDesplazamiento del

equilibrioCambio en la constante

de equilibrioConcentración sí no

Presión sí noVolumen sí no

Temperatura sí síCon catalizador no no