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Índic
- Introducción
- Conceptos fundamentales
- Reacciones homogéneas
- Presión
- Reacción heterogénea
- Alteraciones en la presión
- Presión en la salud
- Cambio en las condiciones de equilibrio principio de Le Châtelier
- Efectos de los cambios de concentración sobre el equilibrio
- Efecto de un catalizador sobre el equilibrio
- Efecto del cambio de volumen sobre el equilibrio
- Efecto del cambio de temperatura sobre el equilibrio
- Conclusión
- Bibliografía
Introducción
cuando una reacción alcanza el equilibrio, las velocidades de las reacciones directa e inversa son iguales, y las concentraciones permanecen constantes. Ahora verá cómo un sistema en equilibrio responde a los cambios en la concentración, la presión y la temperatura. Hay varias maneras de alterar el equilibrio, incluidos el quitar o agregar uno de los reactivos o productos, o reducir o aumentar el volumen o la temperatura.
Conceptos fundamentales
Reacciones homogéneas Una reacción se califica de homogénea cuando todas las sustancias que componen el sistema de reacción se encuentran en una sola fase, ya sea gaseosa, liquida o sólida. Se incluyen entre esas sustancias los reactantes, los productos, así como también los inertes y los catalizadores, si existen. En la práctica, la operación con los sistemas homogéneos se suele llevar a cabo en recipientes en volumen constante, por lo que la cinética de la reacción acostumbra a expresarse en términos de la velocidad de reacción intensiva. Normalmente, la velocidad de una reacción homogénea depende las condiciones de la fase donde se desarrolla: composición, temperatura y, especialmente para los gases, presión. La velocidad de reacción intrínseca es característica del sistema químico, por lo que no deben influir aspectos externos como la forma del reactor, las propiedades de las superficies de los sólidos que están en contacto con el medio de reacción o las características disfuncionales del fluido. Presión La presión atmosférica, también conocida como barométrica, es la que provoca el peso de la masa de aire que está actuando sobre la tierra.
superficies, como p. ej. la dispersión, es un área importante de investigación de los catalizadores heterogéneos. El área de la superficie del catalizador también puede ser considerado. Los silicatos meso porosos, por ejemplo, han encontrado utilidad como catalizadores debido a que sus áreas superficiales puede ser de más de 1000 m2/g, lo que aumenta la probabilidad de que una molécula de reactivo en solución entre en contacto con la superficie del catalizador y se adsorba. Si no se tienen en cuenta las velocidades de difusión, las velocidades de reacción para varias reacciones en las superficies dependen únicamente de las constantes de velocidad y las concentraciones de los reactivos. Alteraciones en la presión La presión atmosférica cambia con el clima y la altitud. En un día caluroso y soleado, una columna de aire tiene más partículas, lo que aumenta la presión sobre la superficie del mercurio. La columna de mercurio se eleva, lo que indica una mayor presión atmosférica. En un día lluvioso la atmosfera ejerce menos presión, lo que hace que la columna de mercurio descienda. En el reporte climatológico este tipo de clima se llama sistema de baja presión. Arriba del nivel del mar la densidad de los gases en el aire disminuye, lo que produce presiones atmosféricas más bajas; la presión atmosférica es mayor que 760mmHg en el mar muerto, porque está por
abajo del nivel del mar y la columna de aire sobre él es más alta. La presión atmosférica es otro de los elementos que influye en las características y condiciones del aire. Corresponde a la fuerza que ejerce el peso del aire sobre los cuerpos o superficies de la Tierra. Los factores que modifican la presión son varios: Altura: a mayor altura existe una menor presión. Esto se explica porque a mayor altura, existe una cantidad inferior de moléculas, es decir, el aire es menos denso. Por esta menor densidad, el peso del aire es menor, por lo tanto, allí la atmósfera ejerce menor presión. Un hecho común donde se puede detectar esta variación es en la ebullición de los líquidos, a distinta altura. Por ejemplo: si se toma una cantidad de agua y se hierve, esto demora un tiempo determinado; pero si la misma cantidad se hierve en una ciudad que está a 3.000 metros de altura, el tiempo será menor. Esto se basa en que en la ebullición de un líquido se debe lograr cierta presión y esta debe igualar o superar el valor de la presión atmosférica. Temperatura: cada vez que las masas de aire se calientan por un aumento de la temperatura, se hacen menos densas y esto determina que el aire ascienda, provocando una
sentido que alivie dicha perturbación para restablecer el equilibrio. En estos casos puede aplicarse el principio de Le Châtelier, que afirma que cuando un sistema en equilibrio se perturba, el sistema se desplazará en la dirección que reduzca dicha perturbación. Imagine que tiene dos tanques con agua conectados por una tubería. Cuando los niveles de agua son iguales, el agua se mueve de igual forma en la dirección directa (del Tanque A al Tanque B) y en la dirección inversa (del Tanque B al Tanque A). Ahora suponga que agrega más agua al tanque A. Con un nivel más alto de agua en el Tanque A, más agua se mueve en la dirección directa del Tanque A hacia el Tanque B, en lugar de hacerlo en la dirección inversa, del Tanque B al Tanque A, lo que se muestra con una flecha más grande. Con el tiempo se alcanza el equilibrio a medida que los niveles de ambos tanques se igualan nuevamente, pero más altos que antes.
Efectos de los cambios de concentración sobre el equilibrio
Ahora se usará la reacción de H 2 y I 2 para ilustras como un cambio de concentración perturba el equilibrio y como responde el sistema a dicha perturbación. H 2 (g) + I 2 (g) 2HI(g) Suponga que se agrega más reactivo H 2 a la mezcla en equilibrio, lo que aumenta la concentración de H 2. Dado que Kc no puede cambiar para una reacción a una temperatura dada, agregar más H 2 desencadena una perturbación en el sistema. Entonces, para liberar dicha perturbación, el sistema aumenta la velocidad de la reacción directa. Por tanto, se forman más
productos hasta que el sistema está de nuevo en equilibrio. De acuerdo con el principio de Le Châtelier, agregar más reactivo hace que el sistema se desplace en la dirección de los productos hasta restablecer el equilibrio. H 2 (g) + I 2 (g) 2HI(g) Ahora imagine que parte de H2 se retira de la mezcla de reacción en equilibrio, lo que reduce la concentración de H2. Para liberar esta perturbación, la velocidad de la reacción directa frena. De acuerdo con el principio de Le Châtelier, se sabe que cuando alguno de los reactivos se elimina, el sistema se desplazará en la dirección de los reactivos hasta restablecer el equilibrio. H 2 (g) + I 2 (g) 2HI(g) También pueden aumentar o disminuir las concentraciones de los productos de una mezcla en equilibrio. Por ejemplo, si agrega más HI, hay un aumento en la velocidad de la reacción en la dirección inversa, lo que convierte parte de los productos en reactivos. La concentración de los productos disminuye y la concentración de los reactivos aumenta hasta restablecer el equilibrio. Con el principio de Le Châtelier, se observa que la adición de un producto hace que el sistema se desplace en la dirección de los reactivos. Agregar H 2 Elimina H 2 Agrega HI
Describir el efecto de cada uno de los cambios listados sobre la mezcla en equilibrio de la reacción siguiente: CO(g) + H 2 O(g) CO 2 (g) + H 2 (g) a. aumentar [CO] b. aumentar [H 2 ] c. disminuir [H 2 O] d. disminuir [CO 2 ] e. agregar un catalizador Respuesta De acuerdo con el principio de Le Châtelier, cuando se produce una perturbación en una reacción en equilibrio, el equilibrio se desplazará para aliviar la perturbación. a. Cuando la concentración del reactivo CO aumenta, la velocidad de la reacción directa aumenta para desplazar el equilibrio en la dirección de los productos, hasta restablecer el equilibrio. b. Cuando la concentración del producto H 2 aumenta, la velocidad de la reacción inversa aumenta para desplazar el equilibrio en la dirección de los reactivos, hasta restablecer el equilibrio. c. Cuando la concentración del reactivo H 2 O disminuye, la velocidad de la reacción inversa aumenta para desplazar el equilibrio en la dirección de los reactivos, hasta restablecer el equilibrio. d. Cuando la concentración del producto CO 2 disminuye, la velocidad de la reacción directa aumenta para desplazar el equilibrio en la dirección de los productos, hasta restablecer el equilibrio. Efecto de los cambios de concentración sobre el equilibrio
e. Cuando se agrega un catalizador, cambia las velocidades de las reacciones directa e inversa por igual, lo que no produce ningún desplazamiento en el sistema en equilibrio.
Efecto del cambio de volumen sobre el equilibrio
Si hay un cambio en el volumen de una mezcla de gases en equilibrio, también cambiarán las concentraciones de dichos gases. Reducir el volumen aumentará la concentración de gases, en tanto que aumentar el volumen disminuirá su concentración. Entonces el sistema responde para restablecer el equilibrio. Observe el efecto de disminuir el volumen de la mezcla en equilibrio de la reacción siguiente: 2CO(g) + O 2 (g) 2CO 2 (g) Si se reduce el volumen, hay un aumento en todas las concentraciones. De acuerdo con el principio de Le Châtelier, el aumento de concentración se alivia cuando el sistema se desplaza en la dirección del menor número de moles. 2CO(g) + O 2 (g) 2CO 2 (g) Por otra parte, cuando el volumen de la mezcla de gases en equilibrio aumenta, las concentraciones de todos los gases disminuyen. Entonces el sistema se desplaza en la dirección del mayor número de moles para restablecer el equilibrio. Disminuye V 3 moles 2 moles
CO(g) + H 2 O(g) CO 2 (g) + H 2 (g)
Efecto del cambio de temperatura sobre el equilibrio
Es posible pensar en el calor como un reactivo o producto de una reacción. Por ejemplo, en la ecuación para una reacción endotérmica, el calor se escribe en el lado de los reactivos. Cuando la temperatura de una reacción endotérmica aumenta, la respuesta del sistema es desplazarse en la dirección de los productos para eliminar calor. N 2 (g) + O 2 (g) + calor 2NO(g) Si la temperatura se reduce en una reacción endotérmica, hay una disminución del calor. Entonces el sistema se desplaza en la dirección de los reactivos para agregar calor. N 2 (g) + O 2 (g) + calor 2NO(g) En la ecuación de una reacción exotérmica, el calor se escribe en el lado de los productos. Cuando la temperatura de una reacción exotérmica aumenta, la respuesta del sistema es desplazarse en la dirección de los reactivos para eliminar calor. 2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g) + calor Si la temperatura se reduce en una reacción exotérmica, hay una reducción del calor. Entonces el sistema se desplaza en la dirección de los productos para agregar calor. 2 moles 2 moles Aumenta T Disminuye T Aumenta T Disminuye T
2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g) + calor
Conclusión
Como ya se vio anteriormente en la investigación, los equilibrios químicos están en cualquier reacción química ya sea en la industria e inclusive en nuestro cuerpo, un ejemplo muy sencillo sobre los equilibrios químicos es en el transporte de oxígeno el cual involucra un equilibrio entre hemoglobina (Hb), oxígeno y oxihemoglobina (HbO 2 ). Cuando el nivel de O 2 es alto en los alveolos del pulmón, la reacción favorece el producto de HbO2. En los tejidos, donde la concentración de O2 es baja, la reacción inversa libera el oxígeno de la hemoglobina de hecho la expresión de la constante de equilibrio se escribe así: También es importante mencionar que a presión atmosférica normal, el oxígeno se difunde en la sangre porque la presión parcial del oxígeno en los alvéolos es mayor que de la sangre.
Bibliografía
Torres, J. F. (s.f.). Torres, J. F. I., & Ramonet, M. I. (2004). Cinética de las reacciones químicas. Universidad de Barcelona. Timberlake, K. C. (2013). Quimica. En K. C. Timberlake, Química Orgánica Y biologica (pág. 925). Mexico: Pearson. Skoog, D. A., West, D. M., Holler, F. J., & Crouch, S. R. (2001). Química analítica (No. 543 543 QU5 2001 QUI 2001 QD75. 2 QU5 2001). México^ eD. F D. F: McGraw-Hill. Kc= [HbO 2 ] [Hb] [O 2 ]
