EQUILIBRIO QUÍMICO, Apuntes de Biología

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Tema 7Tema 7

Equilibrio Químico Equilibrio Químico

Equilibrio

Mecánico Térmico

Material

Equilibrio de fases

Equilibrio químico

T T

 

dq

T T

 



P P

 

dV

P P

 



i i

 

dn i

i i

 

ASPECTOS BÁSICOS DEL EQUILIBRIOASPECTOS BÁSICOS DEL EQUILIBRIO

QUÍMICO. QUÍMICO.

Estado de equilibrio: estado en que la composición

del sistema permanece constante en el tiempo.

• (^) Equilibrio dinámico.
• (^) Los sistemas evolucionan espontáneamente hacia un

estado de equilibrio.

• (^) Las propiedades del estado de equilibrio son las mismas,

independientemente de la dirección desde la que se alcanza.

Perspectiva cualitativa. Perspectiva cualitativa.

CONDICIÓN GENERAL DECONDICIÓN GENERAL DE

2 EQUILIBRIO QUÍMICO. EQUILIBRIO QUÍMICO.

aA + bB  cC + dD

1

1

, , (^1) , ,

j j j

P n T n (^) T P n

G G G

dG dT dP dn

T P n



  ^  

    ^ 

 ^   ^  

1 , ,

0

j i

j

i

i (^) i T P n

G

dG SdT VdP dn

n





 (^)  

      

  

i

Potencial químico

A P y T constantes, el sentido del cambio espontáneo es el sentido

de la disminución de G.

prod reac

 G  G(prod)  G(reac)  

Proceso espontáneo: Proceso espontáneo:  G < 0G < 0

Inicio: G < 0

prod reac

G(prod)  G(reac)  

Equilibrio: Equilibrio:  G = 0G = 0

prod reac

G(prod)  G(reac)  

Perspectiva cualitativa Perspectiva cualitativa

EQUILIBRIO QUÍMICO EN SISTEMASEQUILIBRIO QUÍMICO EN SISTEMAS

3 GASEOSOS IDEALES. GASEOSOS IDEALES.

C D A B

prod reac

 G  G(prod)  G(reac)  c G  d G  a G  b G

aA + bB  cC + dD

Para una sustancia pura el potencial químico es

la energía de Gibbs molar

T P ,

G

G

n



 

 

 

0

0

( , ) ( ) ln

P

T P T RT

P

Para un gas ideal:    

En mezcla de gases ideales:

0

0

( ) ( ) ln

i

i i

P

T T RT

P

   

0

0

ln

i

i i

P

RT

P

C D

A B

eq

P P

Pº Pº

G Gº RT ln 0

P P

Pº Pº

c d

a b

     

 (^)     

          

     

     

 (^)       

Cuando se alcanza el equilibrio: G = 0

K

p

Constante de equilibrio

termodinámica

(adimensional)

o o

p p

Gº  RT ln K  0 ; Gº  RT ln K

o G º/ RT

p

K e





o G º/ RT

p

K e





Consecuencias:

• Si^ Gº >> 0 ; K p

º << 1 : poca tendencia r p

• Si Gº << 0 ; K p

º >> 1 : mucha tendencia r p

• 0 < K p

• Gº sólo depende de T; K p

º también.

C D

o

p

A B

eq

P P

Pº Pº

K

P P

Pº Pº

c d

a b

     

 (^)     

      

     

 (^)     

 (^)       

Otras expresiones de la constante de equilibrio

   

   

C D

o^ C^ D

p

A B A B eq

eq

P P 1 1

Pº Pº P^ P Pº Pº

K

P P P P 1 1

Pº Pº Pº Pº

c (^) d c d

c d

a b a b a b

    (^)      

           

             

               (^)     (^)    

 (^)      (^)      

K

p

(dimensional) (Pº)

• n

K

p

= K

c

(RT)

 n

   

   

c

C D

K

A B

c d

a b

Si  n = 0 K

p

º = K

p

= K

c

En función de las concentraciones:

i

i i

n

P RT c RT

V

 

4.4. EQUILIBRIOS HETEROGÉNEOS.EQUILIBRIOS HETEROGÉNEOS.

Aquéllos en los que las sustancias están en fases distintas

CaCO 3

(s)  CaO (s) + CO 2

(g)

La situación de equilibrio no se ve afectada por la cantidad de sólido

o líquido, siempre y cuando estas sustancias estén presentes.

La constante de equilibrio es independiente de las cantidades

de sólidos y líquidos en el equilibrio.

CaCO 3

(s)  CaO (s) + CO 2

(g) K

c

= [CO

2

]

i i i

    G

0 0

Por definición, para líquidos o sólidos

puros

o G º/ RT

p

K e



VARIACIÓN DE LA CONSTANTE DEVARIACIÓN DE LA CONSTANTE DE

EQUILIBRIO CON LA TEMPERATURA. EQUILIBRIO CON LA TEMPERATURA.

¿Cómo se puede modificar la situación de equilibrio?

Cambiando la constante de equilibrio

Cambiando la temperatura

o G º/ RT

p

K e



 i i

G (T)    (T) 

0 0

o

p

Gº

ln K

RT



 

o

p

ln K G

RT

  

0

1

o

p

d ln K (^) G d G

dT RT RT dT

 ^  

   

 

0 0

2

1

i

i

d( G ) dG

dT dT



  

0 0

dG  S dT VdP

0 0

o

p

d ln K (^) G S

dT RT RT

 

 

0 0

2

o

p

2

ln K (^) Hº

T RT

d

d



 Ecuación de van’t Hoff

G T S

RT

  



0 0

2

Consecuencias:

o

p 2

o

p 1 1 2

K (T ) (^) Hº 1 1

ln

K (T ) R T T

^ ^ 

   

 

a) Si  Hº > 0 (endotérmica)

Si T 2

T 1

Hº

0

R





1 2

1 1

0

T T

 

   

 

o

p (^2) o o

o^ p^2 p^1

p 1

K (T )

ln 0 ; K (T ) K (T )

K (T )

 

T K

p

Al aumentar T se favorece la formación de productos.

b) Si  Hº < 0 (exotérmica)

Consecuencias:

o

p 2

o

p 1 1 2

K (T ) (^) Hº 1 1

ln

K (T ) R T T

^ ^ 

   

 

Si T 2

T 1

Hº

0

R





1 2

1 1

0

T T

 

   

 

o

p (^2) o o

o^ p^2 p^1

p 1

K (T )

ln 0 ; K (T ) K (T )

K (T )

 

T K

p

Al aumentar T se favorece la formación de reactivos.