EQUILIBRIO QUÍMICO
EQUILIBRIO QUÍMICO.
Ojetivos:
1- Determinar la constante de equilibrio de una reacción.
2- Calcular el valor de la constante de equilibrio y las concentraciones de las sustancias en equilibrio.
El Equilibrio químico se define como una condición en la cual dos reacciones opuestas se pueden balancear mutuamente, equilibrio que se puede lograr si la velocidad de reacción directa es igual a la velocidad de reacción inversa, es decir, que al disminuirse la concentración de los reactivos la velocidad de la reacción directa disminuye, por el contrario, si se aumenta la concentración de los productos la velocidad de la reacción inversa aumenta.
Un sistema en equilibrio en estado dinámico, es aquel en donde dos o más procesos químicos opuestos se realizan a igual tiempo y rapidez.
Al alcanzar el equilibrio químico ocurren dos reacciones opuestas, directa e inversa, llamadas reacciones reversibles. Son aquellas reacciones que se detienen antes de que se complete y es capaz de proceder en ambas direcciones. Esto es así, porque una vez formados los productos en reacción directa, estos productos reaccionan para dar lugar a los reactivos originales en la reacción inversa.
Directa
Reactivos Productos
Inversa
HCl + NaNO3 HNO3 + NaCl
Al escribir ecuaciones de reacciones que han alcanzado el equilibrio químico se usa frecuentemente la doble flecha para separar los reactivos de los productos.
CONSTANTE DE EQUILIBRIO.
Para un sistema gaseoso en equilibrio:
aA(g) + bB(g) → cC(g) + dD(g)
Los corchetes, indican la concentración en moles por litro (M).
En la fórmula, los productos siempre se colocan en el numerador y los reactivos se colocan en el denominador.
Ejemplo: Escribir la constante de equilibrio para las siguientes ecuaciones:
N2 + 3H2 2NH3
[ NH3 ]2
Keq = _____________
[N2 ] [ H2 ]2
BaCl2 + 2NaOH Ba(OH)2 + 2NaCl
[Ba(OH)2 ] [ NaCl ]2
Keq = ________________________
[ BaCl2 ] [ NaOH ]2
El valor de la constante de equilibrio (Keq) indica el punto en el que los reactivos se convierten en productos:
Si la Keq = 1, significa que el producto de las concentraciones de lo obtenido y de los reactivos es igual.
Si la Keq tiene un valor pequeño, indica que la reacción directa se realiza con lentitud antes de alcanzar el equilibrio químico, es decir el equilibrio se desplaza hacia los reactivos.
Si la Keq tiene una valor mayor, indica un equilibrio donde la mayoría de los reactivos se convierten en productos.
Sistemas Homogéneos.
Son aquellos que presentan una fase única, ya sea líquida o gaseosa.
Ejemplos de equilibrio Homogéneo:
2NO (g) + O2 ( g) 2NO2 (g)
CH3COOH (ac) + H2O (l) CH3COO (ac) + H3O+ (ac)
Sistemas Heterogéneos.
Presentan varias fases. Ejemplo, un gas y una sustancia sólida o un líquido y un sólido
2 C (s) + O2 (g) 2 CO(g)
[ CO ]2
Keq = _____________
[ C ]2 [ O2 ]
Para un sistema heterogéneo esta ecuación es incorrecta. Para escribir la Keq correctamente se descartan los líquidos y sólidos puros. La Keq se puede simplificar porque las concentraciones de los gases son variables, en cambio, la concentración del C sólido es constante. Así en equilibrio, la ecuación correcta es:
[ CO ]2
Keq = _____________
[ O2 ]
Entonces la regla es sencilla, en la expresión de la Keq solamente se trabaja con el estado gaseoso.
H2(g) + S (g) H2S (l)
1
Keq = ____________
[ H2 ] [ S ]
PRACTICA:
1- Escribir las expresiones de la constante de equilibrio de cada uno de los siguientes sistemas:
a- SO2(g) + O2(g) SO3(g)
b- O2(g) + H2S(g) H2O(g) + SO2(g)
c- NO2(g) + H2 (g) NH3(g) + H2O(g)
d- NO(g) + SO2(g) N2O(g) + SO3(g)
e- Sn (s) + Cl2(g) SnCl4(g)
f- Mg3N2(s) + H2O (g) Mg(OH)2 (s) + NH3(g)
2- Calcule el valor de la constante de equilibrio para la reacción A + B C + D, si en el equilibrio la concentración de A es 1.60 M, la de B es 0.80 M, la de C es 0.240 M y la de D es 0.760 M. R. 0.143.
3- Calcule el valor de la constante de equilibrio para la reacción A + B C + D , las concentraciones iniciales son 1.50 mol de A y 2.50 mol de B colocados en 1.0 L de disolución, permitiendo que ésta alcance el equilibrio. La concentración de C en el equilibrio es 0.45M. R = 0.94
4- Calcule el valor de la constante de equilibrio a cierta temperatura para la reacción
N2 + O2 NO2 si hay presentes en el equilibrio 2.8 g de N2, 2.24 g de O2 y 0.0644g de NO2 en un recipiente de 2.0 litros. R= 8.0 x 10- 3 .
5- En un experimento a 25 ºC las concentraciones en equilibrio de NO2 y N2O4, para la reacción
N2O4(g) NO2(g ) fueron como sigue: [N2O4 ] = 1.50 x 10-3 M , [NO2 ] = 0.571 M. Calcular el valor de la constante de equilibrio. R = 217 mol/l.
FACTORES QUE AFECTAN EL EQUILIBRIO QUÍMICO
Estos factores son: Concentración, Temperatura y Presión. Fueron estudiados por el científico francés Henry Le Chatelier en 1884, que enuncia su principio que se denomina Principio de Le Chatelier, que se encarga de gobernar todos los sistemas que se encuentran en equilibrio.
PRINCIPIO DE LE CHATELIER.
Este principio establece lo siguiente: “Cuando un sistema está en equilibrio, un cambio en las propiedades del sistema (concentración, temperatura, presión) dará lugar a que el equilibrio se desplace en la dirección que tienda a contrarrestar el efecto del cambio”.
Quiere decir que si se aplica un cambio de concentración, presión o temperatura a un sistema en equilibrio, el sistema se desplaza en el sentido que alivia la perturbación, de forma que se restablezca el equilibrio.
Efecto de los cambios de Concentración.
El aumento de la concentración de cualquier componente de un sistema da lugar a una acción que tiende a consumir parte de la sustancia agregada hasta alcanzar el equilibrio.
Ejemplo:
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)
Aumenta Disminuye Aumenta
El equilibrio se desplaza a la derecha, a favor de los productos.
Efecto de los cambios de Temperatura.
Si se aumenta la temperatura, el equilibrio se desplaza en la dirección que absorbe calor.
Para las Reacciones Endotérmicas (aquellas que absorben calor), el calor se considera como un reactivo para aplicar el Principio de Le Chatelier.
Para las Reacciones Exotérmicas (aquellas que liberan calor), se puede considerar al calor como uno de los productos.
Ejemplo:
Cuando aumenta la temperatura en una reacción endotérmica
2KClO3 + Calor 2KCl + 3O 2(g) Endotérmica
- El equilibrio se desplaza a favor de la formación de más productos.
Cuando aumenta la temperatura en una reacción exotérmica
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) + Calor Exotérmica
- El equilibrio se desplaza a favor de la formación de más reactivos.
Efecto de los cambios de Presión.
Si se aumenta la presión de un sistema en equilibrio, el equilibrio se desplazará de forma que disminuya el volumen lo máximo posible, es decir, en el sentido que alivie la presión. Por lo contrario, si disminuye la presión, el equilibrio se desplazará hacia donde aumente el volumen.
Se debe tener en cuenta que un aumento en el volumen del recipiente equivale a disminuir la presión.
Ejemplo:
Si se aumenta la presión:
2 NO2 (g) N2O4 (g) + Calor
2 moles de gas 1 mol de gas
El equilibrio se desplaza hacia la derecha para reducir las moles.
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) + Calor
4 moles de gas 2 moles de gas
El equilibrio se desplaza hacia la derecha para reducir las moles.
H2 (g) + I2 (g) 2 HI (g)
2 moles 2 moles
El equilibrio no se desplaza.
Adición de un Catalizador:
La presencia de un catalizador no afecta la posición del equilibrio químico, puesto que un catalizador afecta igualmente las velocidades de la reacción directa e inversa. Sin embargo, un catalizador hará que el sistema alcance el equilibrio más rápidamente de lo que podría hacerlo.
PRACTICA.
Los problemas se darán en clases.
http://www.gobiernodecanarias.org/educacion/3/usrn/lentiscal/1-cdquimica-tic/index.htm