Quimica semana 5 equilibrio quimico

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Quimica semana 5 equilibrio quimico

  1. 1. Lic. Quím. Jenny Fernández Vivanco CICLO 2012-I Módulo: I Unidad: II I Semana: 5 QUIMICA GENERAL
  2. 2. ORIENTACIONES <ul><li>Se recomienda revisar las bases teóricas en su guía didáctica de química general. </li></ul><ul><li>Es necesario que dedique dos horas diarias a su estudio, consultando los libros o textos de lectura obligatorios y el material impreso que se le ha entregado. </li></ul><ul><li>Es obligatorio que revise los videos complementarios que se le adjunta sus respectivos link en internet. </li></ul>
  3. 3. Equilibrio Dinámico <ul><li>Se presenta cuando dos procesos opuestos se llevan a cabo simultáneamente a igual velocidad. </li></ul>Soluciones saturadas en presencia del sólido Equilibrio líquido-vapor La doble flecha indica dinamicidad del sistema H 2 O(l) H 2 O(g) NaCl(s) NaCl(aq) H 2 O
  4. 4. Reacciones reversibles <ul><li>Son aquellas en las cuales los productos que se van formando, nuevamente reaccionan para formar los reactantes. </li></ul>2 NO 2 N 2 O 4 Reacción directa N 2 O 4 2 NO 2 Reacción inversa 2 NO 2 N 2 O 4 Reacción en equilibrio
  5. 5. Equilibrio N 2 O 4 - NO 2 N 2 O 4 congelado es incoloro A Tª ambiente el N 2 O 4 se descompone en NO 2 (marrón) El equilibrio químico es el punto donde las concentraciones de todas las especie son constantes
  6. 6. Equilibrio N 2 O 4 - NO 2
  7. 7. Reacciones en equilibrio <ul><li>r directa = r inversa </li></ul><ul><li>Ambas reacciones ocurren con la misma rapidez por lo que no se aprecian cambios (la concentración de las sustancias se hace constante y se mantienen así a no ser que el sistema se perturbe) </li></ul>
  8. 8. Condición de equilibrio <ul><li>Las concentraciones no varían </li></ul><ul><li>Las velocidades directa e inversa se hacen iguales </li></ul><ul><li>Para la rxn A B </li></ul><ul><li> r d = k d [A] </li></ul><ul><li> r i = k i [B] </li></ul>k d [A] k i [B]
  9. 9. Equilibrio químico Concentraciones (mol/l) Tiempo (s) [HI] [I 2 ] [H 2 ]
  10. 10. Constante de equilibrio (K c ) <ul><li>En una reacción cualquiera: a A + b B  c C + d D la constante K c tomará el valor: </li></ul><ul><li>para concentraciones en el equilibrio </li></ul><ul><li>La constante K c cambia con la temperatura </li></ul><ul><li>¡ATENCIÓN!: Sólo se incluyen las especies gaseosas y/o en disolución. Las especies en estado sólido o líquido tienen concentración constante y por tanto, se integran en la constante de equilibrio. </li></ul>
  11. 11. La constante de equilibrio <ul><li>En el equilibrio las concentraciones se hacen constantes y la relación entre ellas también será una constante. La aplicación de la LAM a rxns reversibles lleva a la expresión: </li></ul>Constante de equilibrio en función de las concentraciones molares Carlos Timaná CEPRE-UNI
  12. 12. Ejercicio 1: Escribir las expresiones de K C para los siguientes equilibrios químicos: a) N 2 O 4 (g)  2  NO 2 (g); b) 2 NO(g) + Cl 2 (g)  2 NOCl(g); c)  CaCO 3 (s)  CaO(s) + CO 2 (g); d) 2 NaHCO 3 (s)  Na 2 CO 3 (s) + H 2 O(g) + CO 2 (g).
  13. 13. La constante de equilibrio en gases <ul><li>Para rxns en estado gaseoso podemos expresar la constante de equilibrio en función de las presiones parciales (en atmósferas) </li></ul><ul><li>P A = [A]( RT ) </li></ul><ul><li>Al relacionar Kp y Kc: </li></ul><ul><li> n = n gas (productos) - n gas (reactivos) </li></ul>
  14. 14. <ul><li>Ejemplo 2: En un recipiente de 10 litros se introduce una mezcla de 4 moles de N 2 (g) y 12  moles de H 2 (g); </li></ul><ul><li>escribir la reacción de equilibrio; </li></ul><ul><li>si establecido éste se observa que hay 0,92 moles de NH 3 (g), </li></ul><ul><li>determinar las concentraciones de N 2 e H 2 en el equilibrio y la constante K c. </li></ul>
  15. 15. Ejercicio 3: En un recipiente de 250 ml se introducen 3 g de PCl 5 , estableciéndose el equilibrio: PCl 5 (g)  PCl 3 (g) + Cl 2 (g) . Sabiendo que la K C a la temperatura del experimento es 0,48, determinar la composición molar del equilibrio. .
  16. 16. Características del equilibrio <ul><li>Es dinámico : la rxn no se detiene. Ambas rxns ocurren simultáneamente. </li></ul><ul><li>Es elástico (espontáneo): se logra sin necesidad de fuerza o agente exterior. Si el sistema es perturbado, tratará espontáneamente de alcanzarlo nuevamente. </li></ul><ul><li>Es una competencia entre dos tendencias opuestas. </li></ul><ul><li>Es independiente del camino que sigue la rxn y solo depende de las concentraciones finales de reactivos y productos. </li></ul>
  17. 17. Constante de equilibrio (K p ) (continuación) <ul><li>Vemos, pues, que K P puede depender de la temperatura siempre que haya un cambio en el nº de moles de gases </li></ul><ul><li> p c c · p D d  C  c (RT) c ·  D  d (RT) d K p = ———— = —————————— = p A a · p B b  A  a (RT) a ·  B  b (RT) b </li></ul><ul><li>en donde  n = incremento en nº de moles de gases (n productos – n reactivos ) </li></ul>
  18. 18. Ejemplo 4: Calcular la constante K p a 1000 K en la reacción de formación del amoniaco vista anteriormente. (K C = 1,996 ·10 –2 M –2 ) Ejercicio 5 : La constante de equilibrio de la reacción: N 2 O 4  2 NO 2 vale 0,671 a 45ºC . Calcule la presión total en el equilibrio en un recipiente que se ha llenado con N 2 O 4 a 10 atmósferas y a dicha temperatura. Datos: R = 0,082 atm·l·mol -1 ·K -1 .
  19. 19. Ejemplo 6: En un matraz de 5 litros se introducen 2  moles de PCl 5 (g) y 1 mol de de PCl 3 (g) y se establece el siguiente equilibrio: PCl 5 (g)  PCl 3 (g) + Cl 2 (g). Sabiendo que K c (250 ºC) = 0,042; a) ¿cuáles son las concentraciones de cada sustancia en el equilibrio?; b) ¿cuál es el grado de disociación?
  20. 20. Significado de la K eq <ul><li>Cuanto mayor sea K (Kc>1), mayor es la conversión de reactantes en productos. </li></ul><ul><li>Cuanto menor sea K (Kc<1), menor es la conversión de reactantes en productos </li></ul>
  21. 21. Expresión de K eq : Sistemas homogéneos <ul><li>Cuando todos los reactivos y productos están en una fase, el equilibrio es homogéneo. </li></ul><ul><li>Cuando se trata de gases, todas las especies intervienen </li></ul><ul><li>Ejemplo: 3H 2 (g) + N 2 (g) 2 NH 3 (g) </li></ul><ul><li> [NH 3 ] 2 P NH3 </li></ul><ul><li>Kc = Kp = </li></ul><ul><li>[H 2 ] 3 [N 2 ] P H2 P N2 </li></ul>2 3 Kp = Kc (RT) 2-(3+1) = Kc(RT) -2 R = 0,082 atm L / mol K
  22. 22. Expresión de K eq : Sistemas homogéneos <ul><li>En soluciones líquidas no se considera el solvente; solo se consideran las especies cuya concentración cambia durante la rxn. </li></ul><ul><li>Ejemplo: </li></ul><ul><li>CH 3 COOH(ac) + C 2 H 5 OH(ac) CH 3 COOC 2 H 5 (ac) + H 2 O(l) </li></ul>El H 2 O es solvente y su concentración no varía!!, es una constante!! [CH 3 COOC 2 H 5 ] Kc = [CH 3 COOH][C 2 H 5 OH]
  23. 23. Expresión de K eq : Sistemas heterogéneos <ul><li>S i uno o más reactivos o productos están en fase diferente el equilibrio es heterogéneo . </li></ul>La concentración de los sólidos y los líquidos puros permanecen constante durante la reacción.
  24. 24. Expresión de K eq : Sistemas heterogéneos <ul><li>La posición de equilibrio es independiente de la cantidad de sólido o líquidos, mientras algo esté presente. </li></ul><ul><li>No es necesario que los términos correspondientes a líquidos o sólidos aparezcan en la constante de equilibrio. </li></ul><ul><li>Para la descomposición de CaCO 3 : </li></ul>Otro ejemplo: C(s) + H 2 O(g) CO(g) + H 2 (g) K c = [H 2 O] 2 [CO][H 2 ] = P H 2 O 2 P CO P H 2 ( RT ) 1
  25. 25. Ejemplo de equilibrios múltiples N 2 O(g) + ½O 2 2 NO(g) K c = ? N 2 (g) + ½O 2 N 2 O(g) K c(2) = 2.7x10 +18 N 2 (g) + O 2 2 NO(g) K c(3) = 4.7x10 -31 K c = [N 2 O][O 2 ] ½ [NO] 2 = [N 2 ][O 2 ] ½ [N 2 O] [N 2 ][O 2 ] [NO] 2 K c(2) 1 K c(3) = = 1.7x10 -13 [N 2 ][O 2 ] [NO] 2 = [N 2 ][O 2 ] ½ [N 2 O] =
  26. 26. Predicción de la dirección de una reacción Definimos para una reacción en general, el cociente de reacción, Q : C C C D aA + bB cC + dD Q = C A C B c d a b A la derecha A la izquierda Q = K
  27. 27. Efectos de los cambios en el equilibrio <ul><li>Principio de Le Chatelier </li></ul><ul><li>Si un sistema químico en equilibrio es perturbado por un cambio en la concentración, presión o temperatura , el sistema se desplazará, si es posible, para contrarrestar la mayor parte de la perturbación </li></ul>
  28. 28. Relación entre K c y  . <ul><li>Sea una reacción A  B + C. </li></ul><ul><li>Si llamamos “c” = [A] inicial y suponemos que en principio sólo existe sustancia “A”, tendremos que: </li></ul><ul><li>Equilibrio: A  B + C </li></ul><ul><li>Conc. Inic. (mol/l): c 0 0 </li></ul><ul><li>conc. eq(mol/l) c(1–  ) c ·  c ·  </li></ul><ul><li> B  ·  C  c ·  · c ·  c ·  2 K c = ———— = ————— = ———  A  c · (1–  ) (1–  ) </li></ul><ul><li>En el caso de que la sustancia esté poco disociada (K c muy pequeña):  << 1 y </li></ul><ul><li> K c  c ·  2 </li></ul>
  29. 29. <ul><li>Ejemplo 7 : En un recipiente de 3 litros se introducen 0,6 moles de HI, 0,3 moles de H 2 y 0,3 moles de I 2 a 490ºC. Si K c = 0,022 a 490ºC para 2 HI(g)  H 2 (g) + I 2 (g) </li></ul><ul><li>¿se encuentra en equilibrio?; </li></ul><ul><li>Caso de no encontrarse, ¿cuantos moles de HI, H 2 e I 2 habrá en el equilibrio? </li></ul>
  30. 30. Efectos de los cambios en el equilibrio: Cambios en la concentración <ul><li>Si C, la rxn se desplaza en el sentido que disminuya dicha C. </li></ul><ul><li>Si C, la rxn se desplaza en el sentido que aumente dicha C </li></ul><ul><li>Ejemplo: SO 2 (g) + NO 2 (g) NO(g) + SO 3 </li></ul><ul><li>[NO][SO 3 ] </li></ul><ul><li>equilibrio: Kc = </li></ul><ul><li>[SO 2 ][NO 2 ] </li></ul><ul><li>si se introduce NO 2 , entonces la rxn consumirá NO 2 ( ) </li></ul><ul><li>y se logrará un nuevo equilibrio con nuevas concentraciones que satisfagan el valor de Kc. </li></ul><ul><li> [NO]’[SO 3 ]’ </li></ul><ul><li>nuevo equilibrio: Kc = </li></ul><ul><li> [SO 2 ]’[NO 2 ]’ </li></ul>rxn
  31. 31. Efectos de los cambios en el equilibrio: Cambios en la concentración
  32. 32. Efectos de los cambios en el equilibrio: Cambios en la presión <ul><li>En sistemas gaseosos, al variar el volumen varía la presión. </li></ul><ul><li>Si V  P  la rxn se desplazará hacia el lado que aumente el n gas . </li></ul><ul><li>Si V  P  la rxn se desplazará hacia el lado que disminuya el n gas . </li></ul><ul><li>Ejemplo: 3H 2 (g) + N 2 (g) 2 NH 3 (g) </li></ul><ul><li>Si V  P   aumenta la producción </li></ul>rxn
  33. 33. Efectos de los cambios en el equilibrio: Cambios en la temperatura <ul><li>Los cambios de T alteran el equilibrio y modifican el valor de Keq. </li></ul><ul><li>Rxns endotérmicas: R + calor P </li></ul><ul><ul><li>Si T  calor  la rxn consume calor  </li></ul></ul><ul><ul><li>Si T  calor  la rxn produce calor  </li></ul></ul><ul><li>Rxns exotérmicas: R P + calor </li></ul><ul><ul><li>Si T  calor  la rxn consume calor  </li></ul></ul><ul><ul><li>Si T  calor  la rxn produce calor  </li></ul></ul>rxn rxn rxn rxn
  34. 34. FACTORES QUE AFECTAN EL EQUILIBRIO ¿Hacia dónde se desplazará el equilibrio al: a)  disminuir la presión? b) aumentar la temperatura? H 2 O(g) + C(s)  CO(g) + H 2 (g) (  H > 0)
  35. 35. Efecto de la temperatura Rosa claro Azul Si  T se obtiene color rosa , y si  T la disolución se vuelve azul .  H > 0.
  36. 36. Efecto de la temperatura
  37. 37. Efectos de los cambios en el equilibrio: adición de un catalizador <ul><li>El catalizador modifica el mecanismo de reacción, disminuyendo la energía de activación del proceso químico. </li></ul><ul><li>Disminuye el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio </li></ul><ul><li>Pero no afecta la composición de la mezcla en el equilibrio (no se obtiene mayor cantidad de producto) </li></ul>
  38. 38. Variaciones en el equilibrio <ul><li> [reactivos] > 0  </li></ul><ul><li> [reactivos] < 0  </li></ul><ul><li> [productos] > 0  </li></ul><ul><li> [productos] < 0  </li></ul><ul><li> T > 0 (exotérmicas)  </li></ul><ul><li> T > 0 (endotérmicas)  </li></ul><ul><li> T < 0 (exotérmicas)  </li></ul><ul><li> T < 0 (endotérmicas)  </li></ul><ul><li> p > 0 Hacia donde menos nº moles de gases </li></ul><ul><li> p < 0 Hacia donde más nº moles de gases </li></ul>MUY IMPORTANTE MUY IMPORTANTE Variación en el equilibrio
  39. 39. CONCLUSIONES Y/O ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN SUGERIDAS <ul><li>Investigar lo siguiente: </li></ul><ul><li>Dentro de los parámetros termodinámicos ¿Cuál de ellos es el que le afecta mas el equilibrio termodinámico? </li></ul><ul><li>¿Cuales son los requisitos que debemos tener en cuenta para que el equilibrio de un proceso se mantenga ? </li></ul>
  40. 40. GRACIAS

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