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Equilibrio Químico
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¿Qué es un equilibrio químico?
Es una reacción que nunca llega a
completarse. Se produce en ambos
sentidos (los reactivos forman productos,
y a su vez, éstos forman de nuevoreactivos).
Cuando las concentraciones de cada una
de las sustancias que intervienen(reactivos o productos) se estabiliza se
llega al EQUILIBRIO QUÍMICO.EQUILIBRIO QUÍMICO.
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3Equilibrio de moléculas
(H2 + I2 = 2 HI)
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Variación de la concentración con
el tiempo (H2 + I2 = 2 HI
Equilibrio químico
C o n c e n t r a c i o n e s ( m o l / l )
Tiempo (s)
!HI"
!I2"
[H2]
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#eacción$ H2 + I2 = 2 HI
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%onstante de Equilibrio (K c)
En una reacción cualquieraa ! " b # c C " d $la constante %c tomar& el valor
'ara concentraciones en el equilibrio.
%c cambia con la temperatura. ¡ATENCIÓN!: Sólo se incluyen especies gaseosas
yo en disolución. Especies en estado sólido olquido tienen concentración constante y por tanto,se integran en la constante de equilibrio.
* + * +
* + * +
c d
c a b
C DK
A B
×=
×
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%onstante de Equilibrio (K c)eemplazando en la reacción anterior
-(g) " /(g) 0 -/(g)
El valor de K C, depende de cómo se a1uste la
reacción.
Si la reacción anterior la 2ubiéramos a1ustadocomo 3 -(g) " 3 /(g) 0 -/ (g), la constante
valdra la raz cuadrada de la anterior.
* +
* + * +c
HI K
H I
=
×
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8E&emplo$ Tenemos el equilibrio2 !"2(#) + "2(#) = 2 !"3(#)
!e $%cen cinco e&'erimenos en los que se inrouceni*erenes concenr%ciones inici%les e %mbos re%cios(!"2 , "2)- !e 'rouce l% re%cci.n , un% e/ %lc%n/%o elequilibrio se mien l%s concenr%ciones %no e re%cioscomo e 'roucos obser0nose los si#uienes %os
Concentracionesiniciales (mol" Concentraciones enequilibrio (mol"
[#$2] [$2] [#$%] [#$2] [$2] [#$%] &c
E' ) 4,4 4,4 5 4,464 4,778 4,794 9:,
E' 2 4,78 4,;4 5 4,47; 4,66 4,768 <4,9
E' % 5 5 4,4 4,486 4,4= 4,7;6 <4,4
E' * 5 5 4,94 4,76 4,4== 4,8=< <4,8
E' + 4,78 4,;4 4,8 4,469 4,6;6 4,6=6 <4,=
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En la reacción anterior
S>.(g) " >.(g) 0 S>6(g)
%C se obtiene aplicando la e?presión
Como se ve &c es pr&cticamente constante.
Concentr, iniciales(moll"
Concentr, equilibrio(moll"
[#$2] [$2] [#$%] [#$2] [$2] [#$%] %c
E' ) 4,44 4,44 5 4,464 4,778 4,794 9:,E' 2 4,784 4,;44 5 4,47; 4,66 4,768 <4,7
E' % 5 5 4,44 4,486 4,4= 4,7;6 <4,4
E' * 5 5 4,944 4,76 4,4== 4,8=< <4,8
E' + 4,784 4,;44 4,84 4,469 4,6;6 4,6=6 <4,=
6
* +
* + * +C
SO K
SO O =
×
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E&ercicio '$
Escribir l%s e&'resiones e K '%r%los si#uienes equilibrios químicos
a 2"4(#) = 2 "2(#)
b 2 "(#) + l2(#) = 2 "l(#)
c
%"3
(s) = %"(s) + "2
(#)
d 2 %H"3(s) = %2"3(s) + H2"(#) + "2(#)-
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olución$
a 2"4(#) = 2 "2(#)
b 2 "(#) + l2(#) = 2 "l(#)c %"3(s) = %"(s) + "2(#)d 2 %H"3(s) = %2"3(s) + H2"(#) + "2(#)-
a"
b"
c"
-"
=
;
* +* +
c NOK N O
=×
* +
* + * +c
NOCl K NO Cl
= * +c K CO
= × * + * +c K CO H O
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EEII"! E!9E:T"!
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EQ9I:I;I" Q9<I"
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3E&emplo$ En un reci'iene e )* litros se inrouce un% me/cl% e moles e 2(#) , )2 moles e H2(#) aa Escribir l%
re%cci.n e equilibrio bb !i lue#o e re%ccion%r seobser% que $%, *,-2 moles e H3(#)- >eermin%r l%sconcenr%ciones e 2 e H2 en el equilibrio , l%cons%ne K c-
a"a" Equilibrio:
NN
22(." / % H(." / % H
22(." 0 2 NH(." 0 2 NH
%%(."(."
@oles iniciales ; 7 4
@oles equilibrio ; A 4,;= 7 A 7,6< 4,:
b"b" 6,8; 74,= 4,:
conc. eq(moll) 1%+* )1321%+* )132 4,4:
[B-6] (4,4:) @
&c 0 55555 0 5555555 0 )443 5 )1)443 5 )1 62 62 77 62 62 [-]6 [B] (7,4=)6 4,68; @;
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E&ercicio.$
En un reci'iene e 25 m: se inrouce3 # e ?l5@ es%bleciAnose el equilibrio
?l5(g) = ?l3(g) + l2(g)
!%bieno que K % l% em'er%ur% ele&'erimeno es @48 >eermin%r l%com'osici.n mol%r el equilibrio--
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5E&ercicio .$
En un reci'iene e 25 m: se inrouce 3 # e ?l5@es%bleciAnose el equilibrio ?l5(g)=?l3(g)+l2(g)
!%bieno que K % l% em'er%ur% el e&'erimeno es@48 >eermin%r l% com'osici.n mol%r el equilibrio- -
Equilibrio 'Cl8(g) 0 'Cl6(g) " Cl.(g)
@oles iniciales 64<, 4 4
@oles equilibrio 4,47;; A x x x
4,47;;conc. eq(moll)
4,8 4,8 4,8
− x x x
6 .
8
* + * + 4,.8 4,.84,;<
4,47;;* +
4,.8
C
x x
PCl Cl K
x PCl
×= = =
−
g
4,4764 x ⇒ =
7oles equilibrio 111)* 11)% 11)%
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%onstante de equilibrio (/ p
En las reacciones donde intervienen .ases es mas sencillo medir presiones parciales
que concentraciones
a ! " b # 0 c C " d $'or ello se observa que la constancia de %p
viene definida por
c d
C D
P a d
A D
p pK
p p
×
=
×
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7%onstante de equilibrio (/ p
En la reacci8n 9ista anteriormente: 2 #$2(." / $2(." 0 2 #$%(."
(#$%"2 & 0
(#$2"2 5 ($2"
;e la ecuaci8n .eneral -e los .ases:
5< 0 n 5=5T#e obtiene:
n 0 5= 5T 0> 0 concentraci8n 5 = 5 T <
[#$%]
2 (=T"2& 0 0 &c 5 (=T" 6)
[#$2]2 (=T"2 5 [$2] (=T"
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%onstante de equilibrio (/ p
(continuación
&? ue-e -een-er -e la temeraturasiemre que @aa un cambio en el nB -emoles -e .ases,
cc 5 ;- [C]c (=T"c 5 [;]- (=T"-
& 0 0 0 Aa 5 b [A]a (=T"a 5
[]b (=T"b
en -on-e n 0 incremento en nB -e moles -e .ases
(nro-uctos 6 nreacti9os"
∆
= ×( ) n
P C K K RT
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1E&emplo$
%alcular la constante / p a )*** / en la reacción
de 0ormación del amoniaco 1ista anteriormente
(/ % = ),--3 4)* 52 52)
N2(." / % H2(." 0 2 NH%(."
∆n 0 nproductos Anreactivos0 A(7"6) 0 D
%' 0 %c ()∆n 0
F atmF A 7,::= 74 A 55 4,4< 5557444% 0 mol mol%
&& 0 24D 5 )10 24D 5 )1 63 63 atmatm 62 62
2
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2
$e la ecuación de los gases podemos deducir
p 74 atm mol %*B>;+inic. 0 555 0 555555555 0 4, 6< @
4,4< atmF 67< %
Equilibrio B>; 0 B>
conc. /nic. (@) 4,6< 4conc. Equil. (@) 4,6< A ? ?
[B>] ;? %c 0 555 0 5555 0 4,=97 ⇒ ? 0 4,7< [B
>
;] 4,6< A ?
E&ercicio %$
:% cons%ne e equilibrio e l% re%cci.n 2"4 = 2 "2 %le @67 % 45B - %lcule l% 'resi.n o%l en el
equilibrio@ en un reci'iene que se $% llen%o con 2"4 % %m.s*er%s , % ic$% em'er%ur%-6atos$ = @82 %mClCmolDCK D-
787$ 9samos la :olaridad, sólo
por el tipo de datos queposeemos, en el resto de
casos usaremos moles
2
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2 E&ercicio % (cont$
:% cons%ne e equilibrio e l% re%cci.n 2"4 = 2 "2 %le @67 % 45B - %lcule l% 'resi.n o%l en el
equilibrio en un reci'iene que se $% llen%o con 2"4 % %m.s*er%s , % ic$% em'er%ur%-6atos$ = @82 %mClCmolDCK D-
Equilibrio B.>; 0 B>.
conc. /nic. (@) 4,6< 4
conc. Equil. (@) 4,4 4,6=
pE>E!F 0 ([B>;]eq " [B>]eq) 0
4,4< atmF(4,4 @ " 4,6= @) 55555 67< % 0 )*3 atm)*3 atm
mol %
22
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:a;nitud de / c < / p
El valor de ambas constantes puede variar entre lmitesbastante grandes
-(g) " Cl(g) 0 -Cl (g)
%c (:< %) 0 ,8 7466
La reacción está muy desplazada a la derecha.
-(g) " /(g) 0 -/(g)%c (=:< %) 0 88,4
e trata de un !erdader" e#uili$ri".
B(g) " >(g) 0 B> (g)%c (:< %) 0 8,6 74 A67
La reacción está muy desplazada a la iz#uierda% es
decir% apenas se &"rman pr"duct"s.
23
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23!i#ni*ic%o el %lor e K c
tiempo
K 4 3
c o n c e n t r a c i ó n
tiempo
K 4F 5
c o n c e n t r a c i ó n
K G D2
c o n c e n t r a c
i ó n
tiempo
24
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TEE E 9ET24
25
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ociene e e%cci.n (Q)
En una reacción cualquieraa ! " b # 0 c C " d $
Se llama cociente de reacción a
iene la misma fórmula que la %c pero ladiferencia es que las concentraciones notienen porqué ser las del equilibrio.
* + * +
* + * +
×=
×
c d
a b
C DQ
A B
26
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ociene e e%cci.n (Q)
#i 0 &c el sistema est& en equilibrio.
#i F &c el sistema evolucionar& 2acia la derec2a,
es decir, aumentar&n las concentraciones de los
productos y disminuir&n las de los reactivos 2astaque G se iguale con %c.
#i > &c el sistema evolucionar& 2acia la izquierda,
es decir, aumentar&n las concentraciones de losreactivos y disminuir&n las de los productos 2asta
que G se iguale con %c
27E& l
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27E&emplo$ En un reci'iene e 3 liros se inroucen @6
moles e HI@ @3 moles e H2 , @3 moles e I2 %
41B- !i K c = @22 % 41B '%r%2 HI(#) = H2(#) + I2(#)
aa !e encuenr% en equilibrioJ bb En c%so e noenconr%rse@ cu%nos moles e HI@ H2 e I2 $%br0 en
el equilibrioJ
a"a" *-+ */+ 4,66 4,66G 0 555555 0 555555 0 4,8
*-/+ (4,=6)
Como G H %c el sistemael sistema
no se encuentrano se encuentra
en equilibrioen equilibrio y la reacción se desplazar&
2acia la izquierda.
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b"b"Equilibrio -/(g) 0 /(g) " -(g)
@oles inic. 4,= 4,6 4,6
@oles equil. 4,= " ? 4,6 A ? 4,6 A ?
4,= " ? 4,6 A ? 4,6 A ?conc. eq(moll) 5555 5555 5555 6 6 6
E&emplo (cont$ En un reci'iene e 3 liros se inroucen @6 moles eHI@ @3 moles e H2 , @3 moles e I2 % 41B- !i K c =
@22 % 41B '%r%2 HI(#) = H2(#) + I2(#)aa !e encuenr% en equilibrioJ bb En c%so e no
enconr%rse@ cu%nos moles e HI@ H2 e I2 $%br0 en el
equilibrioJ
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E&emplo (cont$ bb %so e no enconr%rse@cu%nos moles e HI@ H2 e I2 $%br0 en el
equilibrioJ 4,6 A ? 4,6 A ?555 555
6 6%c 0 555555555 0 4,4 4,= " ?
5555
6esolviendo se obtiene que ?0 4,7=6 moles
Equil -/(g) 0 /(g) " -(g)
@ol eq 4,="(4,7=6) 4,6A4,7=6 4,6A4,7=6
n(HI" 0 14% moln(HI" 0 14% moln(In(I22" 0 1)* mol" 0 1)* moln(Hn(H22" 0 1)* mol" 0 1)* mol
3
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rincipio de >e %atelier
Gn cambio o erturbaci8n encualquiera -e las 9ariables que
-eterminan el esta-o -e equilibrioquímico ro-uce un -eslaamiento-el equilibrio en el senti-o -econtrarrestar o minimiar el eJecto
causa-o or la erturbaci8nK,
3
7
7
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%ri%ciones en el equilibrio [reacti9os] > 1 →
[reacti9os] F 1 ←
[ro-uctos] > 1 ←
[ro-uctos] F 1 →
TB > 1 (e'otLrmicas" ←
TB > 1 (en-otLrmicas" →
TB F 1 (e'otLrmicas" →
TB F 1 (en-otLrmicas" ←
? > 1 Hacia -on-e menos nB moles -e .ases,
? F 1 Hacia -on-e mMs nB moles -e .ases,
7 H I 7 ? $ = T A N T E
7 H I 7 ? $ = T A N T E
7 H I 7 ? $ = T A N T E
7 H I 7 ? $ = T A N T E
Variaciónen el
equilibrio
32
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?roblem%
?ara la reacci8n:
N2(." / %H2(." 2 NH%(." / calor
In-ique @acia -on-e se -eslaaría el equilibrio
OustiJican-o bre9emente el or quL en ca-a caso:
Aumentan-o la concentraci8n -e @i-r8.eno,Aumentan-o la resi8n al sistema,
;isminuen-o la temeratura al sistema,A.re.an-o un catalia-or a la reacci8n,
32
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?roblem% 2
En la siguiente reacción
'Cl8(g) 'Cl6(g) " Cl(g)
'artiendo de moles de 'Cl8(g) en un volumen de 8
litros, el equilibrio se consegua con 7,;8 moles de
'Cl8I 4,88 moles de 'Cl6 y 4,88 moles de Cl.
JCu&ntos moles 2abr& en el nuevo equilibrio si una
vez alcanzado el primero aKadimos 7 mol de Cl al
matrazL (%c 0 4,4;)
33