Tema 3, Apuntes de Química

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Tema 3

Equilibrio Químico

Curso 2014-2015"

Asignatura 33119-Química I

Responsable: Juan José Borrás

Aula AI-

Curso 2014-

Equilibrio homogéneo y heterogéneo

Capítulo 15 (Brown)!

Objetivos del tema""

! Comprender qué significa el equilibrio químico y la manera en que se

relaciona con las velocidades de reacción

! Escribir la expresión de la constante de equilibrio para cualquier reacción!

! Relacionar las expresiones de K p

y K c

!

! Relacionar la magnitud de un constante con las cantidades relativas de

reactivos y productos presentes en el equilibrio!

! Escribir la expresión de la constante de equilibrio para una reacción

heterogénea

! Predecir el sentido de una reacción dada la constante de equilibrio y las

concentraciones de reactivos y productos!

! Calcular las concentraciones de equilibrio dada la constante de equilibrio

y las concentraciones iniciales!

! Comprender cómo la modificación de las concentraciones, el volumen o

la temperatura de un sistema en equilibrio influyen en la posición del

equilibrio!

1.- Concepto de equilibrio"

Concepto de equilibrio"

El equilibrio químico se alcanza cuando la reacción directa y su

reacción inversa proceden a la misma velocidad "

N

2

O

4

(g)

v directo

v inverso

2 NO

2

(g)

Concepto de equilibrio"

! En el equilibrio, las

reacciones directa e inversa

proceden a la misma

velocidad. El equilibrio es

un estado dinámico!

" En todo momento sigue

produciéndose NO 2

y

dimerizándose para formar

N 2

O 4

!

v directa

= k d

[N

2

O

4

]

v inversa

= k i

[NO

2

]

2

k d

[N

2

O

4

] = k i

[NO

2

]

2

N

2

O

4

(g)

v directo

v inverso

2 NO

2

(g)

Ecuaciones de

velocidad "

v

directa

= v

inversa

Sistema en equilibrio"

! Una vez que se alcanza el

equilibrio, las

concentraciones de cada

reactivo y de cada producto

permanecen constantes!

k d

k i

[NO

2

]

2

[N

2

O

4

]

= cons tan te = K eq

!La relación de las constantes de velocidad es una

constante a una temperatura dada. Este cociente

define la constante de equilibrio, K eq

Estado de equilibrio: estado en que la composición

del sistema permanece fija, no varía.

k d

[N

2

O

4

] = k i

[NO

2

]

2

N 2

O 4

(g)

vdirecto

vinverso

⎯ ⎯⎯→ ←⎯ ⎯⎯ 2 NO 2 (g)

En un sistema en equilibrio..."

! En el equilibrio existe una relación constante entre las

cantidades de reactivos y de productos. Esta relación es

independiente de cómo se haya llegado al equilibrio!

! En el equilibrio, la composición del sistema permanece sin

modificarse!

! El equilibrio es un proceso dinámico. Aunque las

cantidades de reactivos y productos permanezcan

constantes y no se observe variación en la composición del

sistema, los reactivos y productos siguen reaccionando!

! Independientemente de las cantidades iniciales de reactivos

y productos, si un sistema no se encuentra en equilibrio,

evoluciona de forma espontánea hasta alcanzarlo!

! La temperatura influye en el equilibrio!

2.- La constante de equilibrio"

La constante de equilibrio, K

c

a A + b B c C + d D

Para una reacción química general:

K

c

[A]

a

[B]

b

[C]

c

[D]

d

Expresión de la constante

Constante de equilibrio

Reactivos

Productos

Ecuación de equilibrio :

Ley de acción de masas"

[i]

x : concentración molar

del componente i,

elevado al coeficiente

estequiométrico."

La expresión de la constante de equilibrio depende de la

estequiometría de la reacción , pero no depende de su

mecanismo de reacción"

Manipulando las constantes de equilibrio"

K

c

N =

2

( g ) + 3H

2

2NH ( g )

3

( g )

[NH

3

]

2

[N

2

][H

2

]

3

4NH

3

2N ( g )

2

( g ) + 6H

2

( g )

[N

2

]

2

[H

2

]

6

[NH

3

]

4

= K

c

K

c

2NH

3

N ( g )

2

( g ) + 3H

2

( g )

[N

2

][H

2

]

3

[NH

3

]

2

K

c

K

c

2

La constante de equilibrio, y su expresión matemática,

dependen de cómo se escriba el equilibrio.

Significado del valor de K"

! Si K>>1, la reacción

favorece a los

productos; los

productos predominan

en el equilibrio.!

! Si K<<1, la reacción

favorece a los

reactivos; los reactivos

predominan en el

equilibrio.!

K C

=

⎡Pr oductos ⎣

⎤

⎡Re activos ⎣

⎤

Constante de equilibrio K

p"

a A(g) + b B(g)  c C(g) + d D(g)

Dado que la presión es proporcional a la

concentración de los gases en un sistema cerrado,

la expresión de la constante de equilibrio puede

escribirse tambien como:

K p

=

[p C

]

c [p D

]

d

[p A

]

a [p B

]

b

2NO

2

N ( g )

2

O

4

( g )

K

p

N

2

O

4

P

NO

2

P

2

P

i

es la presión parcial de ese componente

¿Tienen unidades las constantes de equilibrio?"

! Si recuerdas, la constante de equilibrio derivada de mediciones

termodinámicas no tienen unidades ∆Gº=-RT·Ln(K)!

" esto se debe a que realmente la constante se define en términos de

actividades en lugar de concentraciones o presiones parciales!

" la actividad de cualquier sustancia en una mezcla ideal es la relación de la

concentración (o presión) con respecto a una concentración (o presión) de

referencia: 1M (1atm)!

Si la concentración de una especie en un mezcla en equilibrio es 0,01 M, su

actividad es 0,01(M)/1(M) = 0,

Por tanto las actividades no tienen unidades pero su valor numérico es igual que

el de la concentración (o presión)!

La actividad de una sustancia pura (sólida o líquida) es =1.!

" En sistemas reales, las actividades también son relaciones, aunque su valor

numérico no sea exactamente igual al de las concentraciones. Pero siguen

siendo adimensionales.

! A pesar de esto seguimos asignando unas unidades a las constantes de

acuerdo con su definición en función de las concentraciones (o

presiones). En el Brown las constantes no llevan unidades.!

3.- Equilibrios heterogéneos"

Son aquellos equilibrios en los que las

sustancias en equilibrio se encuentran en

fases distintas!

PbCl

2

(s)  Pb

• 2

(ac) + 2 Cl

(ac)