IYL Equilibrio Químico Reacción Química A  +  B  --->  C  +  D Reactantes Productos aA  +  bB  --->  cC  +  dD  Reacción I...
IYL Velocidad de Reacción Ley de Guldberg  y Waage (Ley de Acción de Masas) aA  +  bB  <==>  cC V 1      [ A ] a  · [ B ]...
IYL Velocidad de Reacción Ley de Vant’ Hoff De acuerdo a la regla empírica y aproximada  de Vant’ Hoff,  un aumento de 10°...
IYL Equilibrio Químico 2 Al (OH) 3 (s)   ---> Al 2 O 3 (s)   +  3 H 2 O  (g)   Sistema Abierto Tº 2 Al (OH) 3 (s)   <==> A...
IYL k 1  [ Al (OH) 3  ] 2  = k -1  [ Al 2 O 3  ]  [ H 2 O   ] 3 k 1  [ Al 2 O 3  ]  [ H 2 O   ] 3   k -1  [ Al (OH) 3  ] 2...
IYL V R t V 1 V -1 V 1  = V -1 En el equilibrio V 1  = V -1
IYL Características Equilibrio Químico 1.- Dinámico, la formación de productos y la regeneración de reactantes siempre est...
IYL 3.- La naturaleza y propiedades del Equilibrio Químico son independientes del camino por el cual se alcanza V 1  = k 1...
IYL 4.-  Existe un compromiso entre un estado de Mínima Energía y un estado de Máxima Entropía H 2 (g)   <==>  H  (g)  + H...
IYL Constante de Equilibrio aA + bB  <==>  cC + dD V 1  = k 1  [ A ] a   [ B ] b   V -1  = k -1  [ C ] c   [ D  ] d V 1  =...
IYL Cómo escribir la constante de equilibrio? 1.- Considerar el estado físico de las especies participantes de la  reacció...
IYL 2.- Participación del solvente en la reacción. CH 3 COOH  (ac)  + CH 3 OH  (ac)   <==> CH 3 COOCH 3 (ac)  + H 2 O  (l)...
IYL CH 3 COOH  (l)  + CH 3 OH  (l)   <==> CH 3 COOCH 3 (l)  + H 2 O  (l) [ CH 3 COOCH 3  ] [ H 2 O ] [ CH 3 COOH ]  [ CH 3...
IYL Valor Numérico de la Constante de Equilibrio Si K > 1  =>   (Productos)  >   (Reactantes)   HCl  (g)  + LiH  (s)   <...
IYL Valor Numérico de la Constante de Equilibrio Si K < 1  =>   (Productos)  <   (Reactantes) BaSO 4 (s)   <==>  Ba 2+  ...
IYL Factores que afectan el estado de Equilibrio Químico.  Principio de Le Chatelier 1.- Concentración Zn  (s)  + Cu 2+  (...
IYL 2.- Temperatura Reacción Exotérmica :   H < 0 Reacción Endotérmica :   H > 0 i) Reacción Exotérmica aA + bB  <==>  c...
IYL Función de Estado : sólo depende del estado inicial y final del sistema Ecuación de Estado   P · V  =  n · R · T  ...
IYL H 2 (g)  + I 2 (g)   <==>  2 HI  (g)    H = 12.8 Kcal / mol  Reacción endotérmica Energía Productos Energía Reactante...
IYL  H f   :  Entalpía de Formación  H R   :  Entalpía de Reacción  H R   =   H f (Productos)   -   H f (Reactant...
IYL Reacción Espontánea :  son reacciones que cursan con una disminución de la energía libre. E. Libre Reactantes E. Libre...
IYL Reacción no Espontánea:  son reacciones que cursan con una disminución de la energía libre. E. Libre Reactantes E. Lib...
IYL  G  proceso   =  E. Libre Productos - E. Libre Reactantes  G R   =   G f (Productos)   -   G f (Reactantes)  ...
IYL Energía Libre de Gibbs y Equilibrio Químico aA + bB + ···  <==>  pP + qQ + ···  G > 0 ==> Reacción  no   Espontánea ...
IYL  G  y Constante de Equilibrio Condiciones Estándar de Reacción Reactantes (1 atm., 1 M, 298ºK)   <==>  Productos (1 a...
IYL  Gº < 0 ;   Hº < 0 :  Reacción espontánea y exotérmica  Gº < 0 ;   Hº > 0 : Reacción espontánea y endotérmica  Gº...
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02 Equilibrio Quimico2009

  1. 1. IYL Equilibrio Químico Reacción Química A + B ---> C + D Reactantes Productos aA + bB ---> cC + dD Reacción Irreversible aA + bB <==> cC + dD Reacción Reversible
  2. 2. IYL Velocidad de Reacción Ley de Guldberg y Waage (Ley de Acción de Masas) aA + bB <==> cC V 1  [ A ] a · [ B ] b V 1   [ A ] a · [ B ] b V -1  C ] c V -1    C ] c V 1 V -1
  3. 3. IYL Velocidad de Reacción Ley de Vant’ Hoff De acuerdo a la regla empírica y aproximada de Vant’ Hoff, un aumento de 10°C puede duplicar la velocidad de reacción T V R
  4. 4. IYL Equilibrio Químico 2 Al (OH) 3 (s) ---> Al 2 O 3 (s) + 3 H 2 O (g) Sistema Abierto Tº 2 Al (OH) 3 (s) <==> Al 2 O 3 (s) + 3 H 2 O (g) Sistema Cerrado Tº V 1 = k 1 [ Al (OH) 3 ] 2 V -1 = k -1 [ Al 2 O 3 ] [ H 2 O ] 3
  5. 5. IYL k 1 [ Al (OH) 3 ] 2 = k -1 [ Al 2 O 3 ] [ H 2 O ] 3 k 1 [ Al 2 O 3 ] [ H 2 O ] 3 k -1 [ Al (OH) 3 ] 2 ___ _______________ = K = [ Al 2 O 3 ] [ H 2 O ] 3 [ Al (OH) 3 ] 2 _________________
  6. 6. IYL V R t V 1 V -1 V 1 = V -1 En el equilibrio V 1 = V -1
  7. 7. IYL Características Equilibrio Químico 1.- Dinámico, la formación de productos y la regeneración de reactantes siempre esta ocurriendo: 2.- Principio de Le Chatelier: los sistemas tienden espontáneamente al equilibrio CH 3 COOH (ac) <==> CH 3 COO - (ac) + H + (ac) K = [ CH 3 COOH ] [ CH 3 COO - ] [ H + ]
  8. 8. IYL 3.- La naturaleza y propiedades del Equilibrio Químico son independientes del camino por el cual se alcanza V 1 = k 1 [ NO 2 ] [ CO ] V -1 = k -1 [ NO ] [ CO 2 ] El Equilibrio Químico puede alcanzarse a partir del oxido de nitroso o por la reacción del monóxido nitroso. En el equilibrio las propiedades de este serán las mismas independientes del camino por el cual se alcanza. NO 2 (g) + CO (g) <==> NO (g) + CO 2 (g) k 1 k -1
  9. 9. IYL 4.- Existe un compromiso entre un estado de Mínima Energía y un estado de Máxima Entropía H 2 (g) <==> H (g) + H (g) HI (g) <==> H (g) + I (g) N 2 (g) + O 2 (g) <==> 2 NO (g) ??? En reacciones mas complejas, se consideran parámetros termodinámicos como energías libre y cambios de entalpía para saber si la reacción procede o no.
  10. 10. IYL Constante de Equilibrio aA + bB <==> cC + dD V 1 = k 1 [ A ] a [ B ] b V -1 = k -1 [ C ] c [ D ] d V 1 = V -1 k 1 [ A ] a [ B ] b = k -1 [ C ] c [ D ] d = K c = [ C ] c [ D ] d [ A ] a [ B ] b k 1 k -1 K c = constante de equilibrio en función de las concentraciones de reactantes y productos
  11. 11. IYL Cómo escribir la constante de equilibrio? 1.- Considerar el estado físico de las especies participantes de la reacción. CaCO 3 (s) <==> CaO (s) + CO 2 (g) K c = [ CaO ] [ CO 2 ] [ CaCO 3 ] cte. cte. K c = [ CO 2 ]
  12. 12. IYL 2.- Participación del solvente en la reacción. CH 3 COOH (ac) + CH 3 OH (ac) <==> CH 3 COOCH 3 (ac) + H 2 O (l) K c = [ CH 3 COOCH 3 ] [ H 2 O ] [ CH 3 COOH ] [ CH 3 OH ] cte. Equilibrio en medio acuoso: K c = [ CH 3 COOCH 3 ] [ CH 3 COOH ] [ CH 3 OH ]
  13. 13. IYL CH 3 COOH (l) + CH 3 OH (l) <==> CH 3 COOCH 3 (l) + H 2 O (l) [ CH 3 COOCH 3 ] [ H 2 O ] [ CH 3 COOH ] [ CH 3 OH ] K c = CH 3 COOH (ac) + CH 3 OH (ac) <==> CH 3 COOCH 3 (ac) + H 2 O (g) K c = [ CH 3 COOCH 3 ] [ H 2 O ] [ CH 3 COOH ] [ CH 3 OH ] Equilibrio en solventes puros:
  14. 14. IYL Valor Numérico de la Constante de Equilibrio Si K > 1 =>  (Productos) >  (Reactantes) HCl (g) + LiH (s) <==> H 2 (g) + LiCl (s) K = 8 · 10 30 El valor de K es la tendencia de los reactantes a convertirse en productos y viceversa  (Productos)  (Reactantes) K =
  15. 15. IYL Valor Numérico de la Constante de Equilibrio Si K < 1 =>  (Productos) <  (Reactantes) BaSO 4 (s) <==> Ba 2+ (ac) + SO 4 2- (ac) K = 1 · 10 -10 Si K = 1 ???  (Productos)  (Reactantes) K =
  16. 16. IYL Factores que afectan el estado de Equilibrio Químico. Principio de Le Chatelier 1.- Concentración Zn (s) + Cu 2+ (ac) <==> Zn 2+ (ac) + Cu (s) Los cambios de concentración modifican las concentraciones relativas de reactantes y productos pero el valor de la constante permanece [ Zn 2+ ] [ Cu 2+ ] K = = 2 · 10 37
  17. 17. IYL 2.- Temperatura Reacción Exotérmica :  H < 0 Reacción Endotérmica :  H > 0 i) Reacción Exotérmica aA + bB <==> cC + dD + Q Si la temperatura aumenta la formación de productos y el valor de la constante de equilibrio disminuye ii) Reacción Endotérmica aA + bB + Q <==> cC + dD Si la temperatura aumenta la formación de productos y el valor de la constante de equilibrio aumenta El calor Q como integrante del sistema
  18. 18. IYL Función de Estado : sólo depende del estado inicial y final del sistema Ecuación de Estado P · V = n · R · T  T = T f - T i Variación de Entalpía :  H : es el calor liberado o absorbido cuando se efectúa una reacción química a presión constante C (grafito) + O 2 (g) <==> CO 2 (g)  H = - 94 kcal / mol Reacción exotérmica  H de la reacción Reacción Exotérmica Reactantes Productos Energía Reactantes Energía Productos Termoquímica o Termodinámica Química
  19. 19. IYL H 2 (g) + I 2 (g) <==> 2 HI (g)  H = 12.8 Kcal / mol Reacción endotérmica Energía Productos Energía Reactantes Reactantes Productos  de la reacción Reacción Endotérmica  H R = E. Productos - E. Reactantes  H R = Entalpía Productos - Entalpía Reactantes  H R = Variación de la Entalpía de la Reacción
  20. 20. IYL  H f : Entalpía de Formación  H R : Entalpía de Reacción  H R =  H f (Productos) -  H f (Reactantes) Energía Libre de Gibbs (G) El cambio de entalpías nos permite decir que ocurre con la absorción o liberación de calor, pero no indica el sentido de la reacción. Si la reacción representa la formación de un mol de un compuesto a partir de sus elementos, el cambio de Entalpía recibe el nombre de  H de formación (  H f ) Reactantes <==> Productos La variación de energía total esta dado por el cambio de entalpía. Pero en el equilibrio tiende a una mínima energía y máxima entropía. Por lo tanto el  H es igual a un factor energético mas un factor entrópico.
  21. 21. IYL Reacción Espontánea : son reacciones que cursan con una disminución de la energía libre. E. Libre Reactantes E. Libre Productos  G R < 0 H = G + T · S H=Entalpía G=Energía libre de Gibbs T=Temperatura ºK S=Entropía  H =  G + T  S  G =  H - T  S
  22. 22. IYL Reacción no Espontánea: son reacciones que cursan con una disminución de la energía libre. E. Libre Reactantes E. Libre Productos  G R > 0
  23. 23. IYL  G proceso = E. Libre Productos - E. Libre Reactantes  G R =  G f (Productos) -  G f (Reactantes)  G f : Energía libre de Formación  G R : Energía libre de Reacción Reactantes <==> Productos Siendo la variación  G de una reacción la diferencia entre las energías libres de los productos y reactantes Si el proceso representa la formación de un compuesto a partir de sus elementos la variación de energía libre será  G de formación
  24. 24. IYL Energía Libre de Gibbs y Equilibrio Químico aA + bB + ··· <==> pP + qQ + ···  G > 0 ==> Reacción no Espontánea  G < 0 ==> Reacción Espontánea  G = 0 ?  G = 0 ==> Estado de Equilibrio
  25. 25. IYL  G y Constante de Equilibrio Condiciones Estándar de Reacción Reactantes (1 atm., 1 M, 298ºK) <==> Productos (1 atm., 1 M, 298ºK)  Gº : cambio de energía libre estándar.  G : cambio de energía libre fuera de condiciones normales de reacción. En condiciones normales G = G 0 + n R T ln c En el equilibrio  G º = - R · T · ln K ln K = -  G º / RT K = e -  Gº / RT K = 10 -  Gº / 2.3 RT R: 1.987 cal
  26. 26. IYL  Gº < 0 ;  Hº < 0 : Reacción espontánea y exotérmica  Gº < 0 ;  Hº > 0 : Reacción espontánea y endotérmica  Gº > 0 ;  Hº < 0 : Reacción no espontánea y exotérmica  Gº > 0 ;  Hº > 0 : Reacción no espontánea y endotérmica

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