BROWN Quim11ed Cap15

Theodore L. Brown; H. Eugene LeMay, Jr. y Bruce E. Bursten

QUÍMICA LA CIENCIA CENTRAL11a edición

John D. BookstaverSt. Charles Community College, Cottleville, MO

15Equilibrio químico

© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados.

Equilibrioquímico Concepto de equilibrio

El equilibrio químico sucede cuando una reacción y su reacción inversa proceden a la misma velocidad.


Equilibrioquímico Concepto de equilibrio

• A medida que un sistema se aproxima al equilibrio, están sucediendo las reacciones directa e inversa.

• En el equilibrio, las reacciones directa e inversa están procediendo a la misma velocidad.


Equilibrioquímico Sistema en equilibrio

Una vez que se alcanzó el equilibrio, la cantidad de cada reactivo y de cada producto permanece constante.


Equilibrioquímico Representación del equilibrio

Dado que en un sistema en equilibrio las reacciones directa e inversa están sucediendo a la misma velocidad, se escribe su ecuación con una flecha doble.

N2O4 (g) 2 NO2 (g)

La constante de equilibrio


Equilibrioquímico La constante de equilibrio

• Reacción directa:N2O4 (g) 2 NO2 (g)

• Ley de velocidad:Velocidad = kf [N2O4]



• Reacción inversa:2 NO2 (g) N2O4 (g)

• Ley de velocidad:Velocidad = kr [NO2]2



• Por lo tanto, en el equilibrio:Velocidadf = Velocidadr

kf [N2O4] = kr [NO2]2

• Reescribiéndola, se vuelve:

kf

kr [NO2]2

[N2O4]=



La relación de las constantes de velocidad es una constante a esa temperatura, y la expresión se vuelve:

Keq =kf

kr [NO2]2

[N2O4]=



• Considerando la reacción generalizada:

• La expresión de equilibrio para esta reacción sería:

Kc = [C]c[D]d

[A]a[B]b

aA + bB cC + dD



Dado que la presión es proporcional a la concentración para los gases en un sistema cerrado, la expresión de equilibrio también puede escribirse así:

Kp =(PC

c) (PDd)

(PAa) (PB

b)


Equilibrioquímico

Relación entre Kc y Kp

• A partir de la ley de los gases ideales sabemos que:

• Reorganizándola, obtenemos:

PV = nRT

P = RTnV


Equilibrioquímico

Relación entre Kc y Kp

Conectando esto en la expresión para Kp para cada sustancia, la relación entre Kc y Kp se vuelve

donde:

Kp = Kc (RT)n

n = (moles del producto gaseoso) – (moles del reactivo gaseoso)


Como puede verse, la relación de [NO2]2 a [N2O4] permanece constante a esta temperatura sin importar cuáles sean las concentraciones iniciales de NO2 y N2O4.

Equilibrioquímico

El equilibrio puede alcanzarse a partir de cualquier dirección


Equilibrioquímico


Es la información de los dos últimos experimentos de la tabla en la diapositiva previa.


Sin importar si se comienza con N2 y H2 o si se comienza con NH3: se tendrán las mismas proporciones de las tres sustancias en el equilibrio.

Equilibrioquímico



Equilibrioquímico ¿Qué significa el valor de K?

• Si K>>1, la reacción favorece a los productos; los productos predominan en el equilibrio.


Equilibrioquímico ¿Qué significa el 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.


Equilibrioquímico

Manipulación de las constantesde equilibrio

La constante de equilibrio de una reacción en la reacción inversa es el recíproco de la constante de equilibrio de la reacción directa.

Kc = = 0.212 a 100 C[NO2]2

[N2O4]N2O4 (g)

QuickTime™ and aPhoto - JPEG decompressor

are needed to see this picture. 2 NO2 (g)

Kc = = 4.72 a 100 C[N2O4][NO2]2

N2O4 (g)QuickTime™ and a

Photo - JPEG decompressorare needed to see this picture.2 NO2 (g)


Equilibrioquímico


La constante de equilibrio de una reacción que ha sido multiplicada por un número es la constante de equilibrio elevada a una potencia que es igual a la de ese número.

Kc = = 0.212 a 100 C[NO2]2

[N2O4]N2O4(g)


are needed to see this picture. 2 NO2(g)

Kc = = (0.212)2 a 100 C[NO2]4

[N2O4]22 N2O4(g)


are needed to see this picture. 4 NO2(g)


Equilibrioquímico


La constante de equilibrio para una reacción neta realizada en dos o más etapas es el producto de las constantes de equilibrio para las etapas individuales.

Equilibrio heterogéneo


Equilibrioquímico

Las concentraciones de sólidos y líquidos son esencialmente constantes

Pueden obtenerse multiplicando la densidad de la sustancia por su masa molar — y son constantes a temperatura constante.


Equilibrioquímico


Por lo tanto, las concentraciones de sólidos y líquidos no aparecen en la expresión de equilibrio.

Kc = [Pb2+] [Cl-]2

PbCl2 (s) Pb2+ (ac) + 2 Cl-(ac)


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Mientras que algo de CaCO3 o CaO permanezca en el sistema, la cantidad de CO2 sobre el sólido permanecerá igual.

CaCO3 (s) CO2 (g) + CaO(s)QuickTime™ and a

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Equilibrioquímico


Otro ejemplo de reacción heterogénea es:

Cálculos de equilibrio


Equilibrioquímico Problema de equilibrio

A un sistema cerrado que contiene inicialmente 1.000 × 10-3 M de H2 y 2.000 × 10-3 M de I2 a 448 C se le permite alcanzar el equilibrio. El análisis de la mezcla en equilibrio muestra que la concentración de HI es 1.87 × 10-3 M. Calcule Kc a 448 C para la reacción que tiene lugar, la cual es:

H2 (g) + I2 (s) 2 HI (g)QuickTime™ and a



Equilibrioquímico ¿Qué conocemos?

[H2], M [I2], M [HI], M

Inicialmente 1.000 × 10-3 2.000 × 10-3 0

Cambio

En equilibrio 1.87 × 10-3


Equilibrioquímico [HI] aumenta por 1.87 × 10-3 M

[H2], M [I2], M [HI], M

Inicialmente 1.000 × 10-3 2.000 × 10-3 0

Cambio +1.87 × 10-3



Equilibrioquímico

La estequiometría indica que [H2] y [I2] disminuyen cuando mucho a la mitad

[H2], M [I2], M [HI], M

Inicialmente 1.000 × 10-3 2.000 × 10-3 0

Cambio -9.35 × 10-4 -9.35 × 10-4 +1.87 × 10-3



Equilibrioquímico

Ahora calculamos las concentraciones de equilibrio de los tres compuestos…

[H2], M [I2], M [HI], M

Inicialmente 1.000 × 10-3 2.000 × 10-3 0

Cambio -9.35 × 10-4 -9.35 × 10-4 +1.87 × 10-3

En equilibrio 6.5 × 10-5 1.065 × 10-3 1.87 × 10-3


Equilibrioquímico

…y, por tanto, la constante de equilibrio

Kc =[HI]2

[H2] [I2]

= 51

= (1.87 x 10-3)2

(6.5 x 10-5)(1.065 x 10-3)


Equilibrioquímico Cociente de la reacción (Q)

• Q da la misma relación que la expresión de equilibrio, pero para un sistema que no está en equilibrio.

• Para calcular Q se sustituyen las concentraciones iniciales de los reactivos y productos en la expresión de equilibrio.


Equilibrioquímico Si Q = K

El sistema está en equilibrio:


Equilibrioquímico

Hay demasiados productos y el equilibriose desplaza a la izquierda:

Si Q > K


Equilibrioquímico Si Q < K

Hay demasiados reactivos y el equilibriose desplaza a la derecha:

El principio de Le Châtelier


Equilibrioquímico Principio de Le Châtelier

“Si un sistema en equilibrio es perturbado por un cambio en la temperatura, presión o concentración de uno de los componentes, el sistema desplazará su posición de equilibrio para contrarrestar el efecto de la perturbación”.


Equilibrioquímico Proceso Haber

La transformación de nitrógeno e hidrógeno en amoniaco (NH3) es de enorme significancia en la agricultura, donde los fertilizantes basados en amoniaco son de extrema importancia.



Si se adiciona H2 al sistema, se consumirá el N2 y los dos reactivos formarán más NH3.



Este aparato ayuda a desplazar el equilibrio a la derecha eliminando el amoniaco (NH3) del sistema como un líquido.


Equilibrioquímico

Efecto de los cambiosen la temperatura

Co(H2O)62+

(aq) + 4 Cl(aq) CoCl4 (aq) + 6 H2O (l)QuickTime™ and a


Catalizadores


Equilibrioquímico Catalizadores

Los catalizadores aumentan la velocidad de las reacciones directa e inversa.


Equilibrioquímico Catalizadores

Cuando se utiliza un catalizador se alcanza más rápido el equilibrio, pero la composición del equilibrio sigue siendo la misma.

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