Equilibrio Qumico
QUIMICA APLICADA
I2 + H2 2 HI
Equilibrio Qumico
Cuando un
sistema est en
equilibrio?
Cuando est en un estado donde no es
posible ningn cambio sin que haya
cambios netos en el entorno.
aA + bB cC + dD
Concentraciones en el equilibrio
Regin de concentraciones
constantes
Velocidad de Reaccin Directa
aA + bB cC + dD d
i
Vd = d .[A] a . [B] b
Velocidad de Reaccin Inversa
Vi = i .[C] c . [D] d
En la zona de equilibrio Vd = Vi entonces
d .[A] a . [B] b = i .[C]
c . [D] d Por lo que
d [C] c . [D] d
i [A] a . [B] b
= d [C]
c . [D] d
i [A] a . [B] b
= = Kc
Kc = Constante de Equilibrio
Veamos un ejemplo
Una mezcla de Iodo (I2) e Hidrgeno (H2) forma, mediante
una reaccin en equilibrio, cido Iodhdrico (HI).
I2 (g) + H2 (g) 2 HI (g) Kc [H I] 2
[I2] . [H2]
=
Resumen de las reglas para escribir K
* Concentraciones en mol/L (Kc) o en atm (Kp)
* Slidos puros, Lquidos puros y disolventes no aparecen en
la expresin de K
* Tanto Kp como Kc son adimensionales
* Al expresar el valor de Kp o Kc, hay que especificar la ecuacin
balanceada y la temperatura
* Si una reaccin representa la suma de varias reacciones, la
constante de equilibrio para la reaccin global se expresa como el
producto de cada constante de equilibrio.
K global = K.K.Kn.
* Si para una reaccin de izquierda a derecha se define Kp o Kc,
para la reaccin de derecha a izquierda ser 1/Kp o 1/Kc.
Significado del valor de Kc
Tres situaciones posibles:
La K > 1 entonces: [productos] > [reactivos] Favorable para productos
La K 1 entonces [productos] [reactivos].
La K < 1 entonces [productos] < [reactivos]: Desfavorable para productos.
Conociendo el valor de la constante de equilibrio se puede juzgar
cualitativamente en que forma se desplaza la reaccin antes de alcanzar
el equilibrio, es decir si la reaccin es o no favorable para la obtencin
de productos.
Clases de Equilibrios
Reactivos y
Productos en
la misma fases
2CO(g) + O2(g) 2CO2(g)
Reactivos y
Productos en
diferente fases
Los Productos
participan en
otro equilibrio
CaCO3(s) CO2(g) + CaO(s) A B
B C
Homogneos Mltiples Heterogneos
Kc = [CO2] Kc = K1 . K2 Kc [CO2]
2
[CO]2 . [O2] =
Relacin entre Kc y Kp
Kc [B] b
[A]a =
En funcin de sus
presiones parciales
Kp PBb
PAa
=
PA . V nA . R . T =
Supongamos la siguiente reaccin aA(g) bB(g)
Si tenemos que PB . V nB . R . T = y
Reemplazando
en Kp
Kp Kc (RT)n =
nBRT V [B]
b
Kp (RT)(b-a)
nART [A]a
V
=
[
[
]
]
b
a =
Principio de Le Chtelier
Si se aplica una perturbacin externa sobre
un sistema en equilibrio, el sistema se ajusta
hacia una nueva posicin de equilibrio.
Una vez que la perturbacin cesa, el sistema
tiende naturalmente a volver al equilibrio
inicial.
Factores que afectan
el equilibrio
Cambio en la concentracin
Cambio en el V y la P
Cambio en la Temperatura
Agregado de un catalizador
(1850-1936)
Cambios en la Concentracin
[R] [P]
[R] [P]
El valor de K no se
modifica
2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(g)
Para saber si la
reaccin alcanz
el equilibrio
Si Q < Kc
Si Q > Kc
Si Q = Kc
R P
Sistema en equilibrio
R P
Medir la [R] y de [P]
Q [H2O]2
[H2]2 . [O2]
=
Cociente de la reaccin
Cambios en el V o en la P
El equilibrio se
desplaza hacia donde
hay menos moles
V P [P]
[R] V P
El valor de K no
se modifica
Si n = 0 : no hay
desplazamiento
2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(g)
Agregado de un catalizador Aumento de la Vd y la Vi en la misma magnitud
El valor de K no
se modifica
No se altera la posicin de
equilibrio pero se llega ms
rpido al equilibrio
Agregado de un gas Inerte: 2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(g)
Aumento de la Presin total
del Sistema
Disminucin de la Fraccin
Molar de cada gas
Y como Ppx = PT . Xx
El efecto neto es que el equilibrio no se ve
afectado por el agregado de un gas inerte
n de productos n de reactivos
El valor de K no
se modifica
Ppx permanece constante
Cambios en la temperatura
N2O4(g) 2 NO2(g) H = 58 kj/mol
Si la temperatura
se modifica
El valor de K
se modifica
y H es + (endo)
y H es (exo)
El valor de Kc
El valor de Kc
La temperatura es la nica variable que modifica el valor de Kc
Por ejemplo, si la temperatura aumenta:
Kc = k d/k i
Vd y la Vi se modifican
en diferente magnitud
Termodinmica y equilibrio
En el equilibrio: G = 0 y Q = K G = G R T ln Q
Relacin entre G y K
K ln K G Comentarios
>1 + -
=1 0 0
Veamos un ejemplo:
Una mezcla de 0,5 moles de I2 y de 0,5 moles de H2 son colocados en
un recipiente de 1 L a 430 C. Si Kc = 54,3 calcule la concentracin
de H2, I2 y HI en el equilibrio.
I2 + H2 2HI
0,5 0,5 0,0
-x -x +2x
0,5-x 0,5-x +2x
Kc = [HI]2 / [I2] . [H2]
54,3 = [2x]2 / [0,5-x] . [0,5-x]
54,3 = [2x]2 / [0,5-x]2
7,37 = 2x / [0,5 - x] x = 0,3926
De esta manera:
Verificar
[H2] = (0,5 0,3926) = 0,1074M
[I2] = (0,5 0,3926) = 0,1074M
[HI] = (2 . 0,3926) = 0,7852 M
Equilibrios cido-Base
Propiedades cido-
base del agua:
cido: toda sustancia capaz de donar protones o recibir electrones.
Base: toda sustancia capaz de recibir protones o donar electrones.
Electrolito dbil Mal conductor
de la electricidad
Se comporta como una base frente a cidos
Se comporta como una cido frente a bases
Autoionizacin H2O(l) H+
(ac) + OH-
(ac)
Si escribimos Kc
Kc = [H+] . [OH-] Kc se denomina constante del
producto inico
En el agua pura y a 25C Kc = 10-14
Kc = [10-7] . [10-7]
Nmeros muy pequeos
En 1909 propone utilizar escala logartmica
(1868-1939)
Soren Sorensen
pH = - log [H+]
Soluciones cidas: [H+]>10-7 entonces pH < 7
Soluciones neutras: [H+]=10-7 entonces pH =7
Soluciones bsicas: [H+] 7
H2O(l) H+
(ac) + OH-
(ac)
De manera anloga
pOH- = - log [HO
-]
Soluciones cidas: [HO-] >10-7 entonces pOH< 7
Soluciones neutras: [HO-]=10-7 entonces pOH=7
Soluciones bsicas: [HO-] 7
pKc = pH + pOH 14 = pH + pOH
La concentracin de iones OH- en una solucin limpiadora es de
0,0025 M. Calcula la concentracin de H+ y su pH.
Veamos un ejemplo:
[H+] = Kw / [OH-] = 10 -14 / 0,0025 = 4 x 10-12 M
pH = 11,4
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