04 Q2 Equilibrio Químico Completo

8/18/2019 04 Q2 Equilibrio Químico Completo

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FAyA-UNSEQuímica II (2013) - Lic. Química1

Química II – Lic. en Química

Dr. Claudio D. Borsarelli

Dra. Gisela Fabiani

-Equilibrio químico.

http://wps.pearsoned.com.au/ibcsl/89/2289

7/5861769.cw/content/index.html

http://wps.pearsoned.com.au/ibcsl/89/22897/5861769.cw/content/index.htmlhttp://wps.pearsoned.com.au/ibcsl/89/22897/5861769.cw/content/index.htmlhttp://wps.pearsoned.com.au/ibcsl/89/22897/5861769.cw/content/index.htmlhttp://wps.pearsoned.com.au/ibcsl/89/22897/5861769.cw/content/index.html


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Cualquier sustancia pura o mecla de reacci!n se considera en equilibrio cuando

no hay cambios de sus propiedades con el tiempo de observación.

Equilibrio: defnición

Evaporación

del líquidoEquilibrio FISICO:

liquido-vapor

Evaporación

del líquido

y condensación

del vapor

eloc. Evaporación ! eloc. Condensación

"r # $liq%

"r # $vap%


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El equilibrio químico en una reacción química se establece cuando la

velocidad de la reacción directa i&uala la velocidad de la reacción inversa.

Equilibrio químico

"as incoloro "as marr!nSmo&: El color marrón o amarillento es 'O# de

la combustión de motores en me&aciudades

rodeadas por monta(as $E): S&o de Chile*

+e,ico F%

#ntes de la llu$ia

%espues de la llu$ia


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Equilibrio químico

"as incoloro "as marr!n

Cuando el sistema se apro,ima

al equilibrio* tanto la reacción

directa e inversa se producen

simultneamente.

En el equilibrio las velocidadesde reación directa e inversa son

id/nticas.


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Equilibrio químico


0na ve1 que el equilibrio se

alacan1a* la cantidad de

cada reactivo y producto

se mantiene constante


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En el equilibrio químico se cumple:


elocidades directa e

inversa i&uales

Concentraciones de reactivo y

productos se mantienen constantes


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2 una dada 3emperatura* el mismo equilibrio se alcan1a independientemente

de la dirección del cambio químico $reacción directa o inversa%

El estado de equilibrio del sistema los representa la re&ión sombreada. Eltiempo requerido para alcan1ar dicho estado de equilibrio es muy variable:

puede ser 4emtose&undos $56-57 s% hasta centurias dependiendo del

mecanismo de la reacción88


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Si la cantidad promedio de personas que suben es la misma de las que

ba)an* el numero de personas promedio en cada piso es constante

El equilibrio es un proceso I'2+ICO ya que se obtiene cuando

eloc. 9eacción irecta ! eloc. 9eacción Inversa

≡


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Caracerísicas del equilibrio químico :

5. 'o hay evidencia macroscopica de cambio en el sistema.

#. Se obtiene a trav/s de procesos espontneos $

S 3ot 6 ó G ;6%


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Le! de acción de masas: consane deequilibrio K Cuando se produce una reacción química en un sistema cerrado a T = cte*

se de4ine el cociente de reacción Q como:

En el equilibrio :

Q K

Q K

Q K

>roductos

9eactivos[ ] [ ][ ] [ ]

c d

a bC DaA bB cC dD Q A B

+ + = !"

[ ] [ ]

[ ] [ ]

c d

eq eq

a b

eq eq

C DQ K cte

A B

→ = =


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Le! de acción de masas: consane deequilibrio K

>ara las di4erentes condiciones iniciales* solo este cociente de

concentraciones se mantiene constante a #7 ?C

&'emplo


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Le! de acción de masas: consane deequilibrio K ependiendo de la ma&nitud inicial de Q es la dirección espontnea de la

reacción

Si Q ; K * la reacción ocurre desde

reactivos a productos $directa%@

Si Q K * la reacción se produce

hacia la 4ormación de reactivos

$reacción inversa%

Si Q ! K * la reacción est en

equilibrio.

[ ] [ ]

[ ] [ ]

c d

eq eq

a b

eq eq

C DQ K

A B→ =


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Le! de acción de masas: consane deequilibrio K >rediciendo la dirección de la reacción:


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Le! de acción de masas: consane deequilibrio K

El valor de A de4ine tambi/n el despla1amiento de la reacción desde reactivos

a productos

9eacciones

directas

cuasi-

irreversible

9eacciones

directas

poco

e4ectivas

1c K >


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"ropiedades de la consane de equilibrioK

>ara una reacción directa:

Se cumple para la reacción inversa u opuesta que:

[ ][ ] [ ]

3

22 3 directa

C A B C K A B

+ = !"

[ ] [ ]

[ ]

2

3

13 2 inversa

directa

A BC A B K

K C + = = !"


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"ropiedades de la consane de equilibrioK Si una ecuación de equilibrio se multiplica por un 4actor n, la constante

se eleva a dicha potencia:

[ ]

[ ] [ ]

3

22 3

C A B C K

A B+ = !"

[ ]

[ ] [ ]

[ ]

[ ] [ ]

3 3

2 22 3 ´

nn

n

n n

C C nA n B n C K K

A B A B

÷+ = = =

÷

!"


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"ropiedades de la consane de equilibrioK Si una reacción es el resultado de la suma de ms de un equilibrio* la

constante de la reacción &lobal es el producto de las constantes de

equilibrio de cada reacción individual:

[ ]

[ ]

2

1Reacción 1: 2

B A B K

A= !"

[ ]

[ ]

3

2 2Reacción 2 : 2 3

C B C K

B= !"

[ ][ ]

[ ][ ]

[ ][ ]

3 2 3

1 22Reacción Global : 3 global

C B C A C K K K A A B

= = × = !"

ilib i # % # %


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Equilibrios #omo$%neos ! #eero$%neos

Bomo&/neo: todos los reactivos y productos estn

en la misma 4ase $&as* líquido ó solido%

Considerando comportamiento de &as ideal:

En t/rminos &enerales se cumple que:

[ ][ ]

2

2

2 4

c NO K N O

=

[ ]

2 2

2 4 2 4

2 2

2

1 NO NO pc

N O N O

n p pV nRT C V RT

p p K RT K

RT p p RT RT

= ⇒ = =

= × = × =

( ) n p c K K RT ∆= ×

moles de gas del producto moles de gas del reactivon n n∆ = ° − °

ilib i # % # %


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Betero&/neo: son equilibrios que involucran

reactivos y productos en di4erente estado de

a&re&ación o 4ases

>iedra cali1a Cal

Bay que tener en cuenta que la concentración

de sólidos y líquidos puros es esencialmente

constante (V = cte) , y que se calcula como elcociente entre su densidad y peso molecular

[ ] [ ][ ]

2

3

c CaO CO K CaCO

=

[ ]2c K cte CO= ×

E ilib i # % # %


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En la prctica las concentraciones en equilibrio se

re4ieren a un estado termodinmico estandar cuyaconcentración es 5 + para cada soluto en solución* 5

atm de presión para cada &as y a una temperatura de

#7 ?C.

Como para líquidos y sólidos puros su concentración es id/ntica a la del

estado estndar* lue&o se tiene que:

e esta 4orma la constante de equilibrio operacionalmente no tiene

unidades.

[ ] [ ]

[ ]

[ ][ ]

2

2 2

2

3

(1) /1/1 /1

(1)c p CO

CaO CO CO M K CO M y K p atm

CaCO= = = =

E ilib i # % # %


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'ote que K es independiente de la cantidad inicial de CaCO


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El principio de Le C#aelier

Cuando un cambio es impuesto a un sistema en equilibrio* la posición

del equilibrio de modi4ica en la dirección que tiende a reducir el cambio

Si a&re&o mas '# ó B# a la me1cla

en equilibrio* la reacción se

despla1a hacia el producto 'B<

E4ecto de la concentración sobre el equilibrio:

2 2 3

1 3 (g) ! " (g) " (g)

2 2 !"

El i i i d L C# li


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Si a&re&o mas '# ó B# a la me1cla

en equilibrio* se produce ms 'B<

para compensar

E4ecto de la concentración sobre el equilibrio:

2 2 3

1 3 (g) ! " (g) " (g)

2 2 !"

El i i i d L C# li


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E4ecto del cambio de volumen sobre el equilibrio:

2l reducir el volumen*

aumento la presión. >or tantoel sistema se despla1a hacia

donde menos nmero de

moles $'B


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E4ecto del cambio de volumen sobre el equilibrio:

e s!sem isiniiall! a

equilibrium.

e pison is pus#ed in'decreasin$ #e (olume and

increasin$ #e pressure.e s!sem s#i)s in #edirecion #a consumesC*+ molecules' lo,erin$

#e pressure a$ain.

El i i i d L C# li


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Considere la reacción en 4ase &aseosa: 2 #"

(i la p3 aumenta el cociente x "# D x 2 debe

disminuir para compensar el cambio )

mantener constante el $alor K .

2

"

*ara eso el equilibrio se despla1a hacia la +ormaci!n de # ,d-mero de tal+orma de disminuir el n de moles de las especies 0aseosas.

Cuando un sistema se encuentra en equilibrio ) se lo somete a una

perturbaci!n el sistema responde en el sentido que tienda a cancelar el e+ecto

de la perturbaci!n ,>rincipio de e Chatelier .

o

T

A

B

oT A

T B

o A

B

o A

oB

p

p

x

x

p p x

p x

p p

p

p

p

p

p

K ×===

=2222

2



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E4ecto del cambio de temperatura a presión cte:

Endotérmica: absorcion de Calor por la reacción

9eactivos G ⇔ >roductos H 6

E,ot/rmica: calor liberado por la reacción

9eactivos ⇔ >roductos G H


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E4ecto del cambio de temperatura :

Frio Caliente


H r > 6Endot/rmica

#l aumentar se desplaa a productos #l disminuir se desplaa a reacti$os



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E4ecto del cambio de temperatura :

9eacción 3emperatura ↑ 3emperatura ↓

Endotermica$absorbe calor%

Equilibrio se despla1ahacia productos

Equilibrio se despla1a haciareactivos

E,otermica$libera calor%

Equilibrio se despla1ahacia reactivos

Equilibrio se despla1a haciaproductos

El principio de Le C#aelier: resumen


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Cambio espla1a equilibrioCambia K

Concentracion si no

*resion si no

3olumen si no

emperatura (4 (4

El principio de Le C#aelier: resumen

Consane de equilibrio K ! +da Le!


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Consane de equilibrio K ! +da Le!ermod.a se&unda ley de la termodinmica establece que la direcci!n un cambio

espontneo en el sistema a T y p constantes es aquel que produce una

disminuci!n de la ener&ía libre del sistema: G ; 6.

&n las reacciones qu-micas los sistemas pueden alcanan el equilibrio cuando

alcanan un m-nimo de ener0-a libre:

9eacción irreversible 9eacción reversible

G

A B→ A B !"

#G∆ < #G∆ < #G∆ <



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Consane de equilibrio K ! +da Le!ermod.

eacciones con G r ; 6 son denominadas

e,er&ónicas.

a2 b" H.. p> qG H. G r ; 6

&n cambio la reacci!n in$ersa es denominada

ender&ónica $ G r 6% :

p> qG H.. a2 b" H. G r 6

as reacciones ender&ónicas no son

espontneas

r

G dGG

n dn

∆∆ = =

∆



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*ara una reacci!n cualquiera: r9 p> G r

(i se considera un cambio in+initesimal de reacti$ostrans+ormndose a productos el balance de masa

implica que:

-dnr ! dn>

&l cambio de ener0-a libre de la reacci!n es:

dG µ dn µ* dn* $ > 9%dn

%onde ! G molar

&ntonces el G r se lo interpreta como la di+erencia de

los potenciales químicos de los productos y

reactivos a la composición de la me1cla de la

reacción $pendiente o derivada del &r4ico%.

Como dn ;


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Consane de equilibrio K ! +da Le!ermod.

-elación enre K ! Go


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(i and * son 0ases ideales: r 9$&% p>$&%

= < , puro

= ∞ ,* puro

&n el equilibrio ∆Gr < ) si escribimos Q como K, tenemos que:

∆Gr o > < ⇒ K ? 1

,reacci!n desplaada hacia reactivos

∆Gr o ? < ⇒ K > 1

,reacci!n desplaada hacia productos

-elación enre K ! Go

ln ln ln

p

o o o R r R p R r o o r

R

p p pG p r p RT r RT G RT p p p

µ µ µ µ ∆ = − = + − + = ∆ + ÷ ÷

ln donde cociente de reacción p

o r r r

R

pG G RT Q Q

p∆ = ∆ + = =

# ln ln con p

o o r r R

R eq"ilibrio

pG RT K G RT K K

p

= ∆ + ⇒ ∆ = − = ÷

K RT Gor ln−=∆

lno ii i o p

RT p

µ µ = +

C id l i! #2


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Considere la reacci!n : #2


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a constante de equilibrio K expresada en +unci!n de acti$idades o +u0acidades

se denomina constante de equilibrio termodinmica. Como las acti$idades )

+u0acidades son cantidades adimensionales ⇒ la K es adimensional

&n el caso de equilibrios en condiciones dilu-das la constante de equilibriotermodinmica se expresa en +unci!n de concentraciones o presiones )a que:

a EF si γ 1 ! a x si γ G 1 ) f p si φ 1

,a ma0nitud de γ depende de la de+inici!n de la acti$idad en +unci!n de

+racciones molares o concentraciones molares o molales.

Considere la reacci!n : #2


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Considerando que:

se deduce que:eacci!n endot/rmica* H r o 6 disminu)e el$alor de K ,el equilibrio se despla1a hacia

reactivos

eacci!n con aumento de entropía S r o 6

aumenta el $alor de K ,el equilibrio se despla1ahacia productos.

"ropiedades de K: e)eco de T

lno o or r r G $ T % RT K ∆ = ∆ − ∆ = −

R SRT H or or eeK

∆∆−=


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⇒ el valor de K solo depende de G r o y de T

&+ecto de la presi!n sobre K

Como G r o est de4inido a la presión

estndar a po

! 5 bar se concluye que K esindependiente de p si T ! cte:

K RT Gor ln−=∆


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FA A UNSEQ í i II (2013) Li Q í i40

Equilibrio en procesos )ísicos ! químicos

04 Q2 Equilibrio Químico Completo

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