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Semana 11 -2014Semana 11 -2014

Licda : Isabel Fratti de Del CidLicda : Isabel Fratti de Del Cid

Velocidad de reacción y Equilibrio químicoVelocidad de reacción y Equilibrio químico

Diapositivas con imágenes, ilustraciones, Diapositivas con imágenes, ilustraciones, cuadros, proporcionados porcuadros, proporcionados por

Licda. Lilian Guzmán MelgarLicda. Lilian Guzmán Melgar

Cinética QuímicaCinética Química

Es el estudio de las velocidades de reacción y los Es el estudio de las velocidades de reacción y los factores que influyen en ellas.factores que influyen en ellas.

TEORIA DE COLISIONESTEORIA DE COLISIONESIndica que una reacción tiene lugar solo cuando lasIndica que una reacción tiene lugar solo cuando lasmoléculas ó átomos de reactivos, chocan con la moléculas ó átomos de reactivos, chocan con la orientación adecuada y suficiente energía.orientación adecuada y suficiente energía.Pueden ocurrir muchas colisiones, pero muy pocas Pueden ocurrir muchas colisiones, pero muy pocas conducen a la formación de productos.conducen a la formación de productos.

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Condiciones indispensables Condiciones indispensables para que ocurra una reacciónpara que ocurra una reacción

A- Colisión A- Colisión : los reactivos deben chocar : los reactivos deben chocar es decir colisionar entre ellos.es decir colisionar entre ellos.

B-OrientaciónB-Orientación: Los reactivos deben : Los reactivos deben alinearse correctamente para romper y alinearse correctamente para romper y formar enlaces.formar enlaces.

C- Energía C- Energía :La colisión debe suministrar :La colisión debe suministrar suficiente energía para alcanzar la energía suficiente energía para alcanzar la energía de activación necesaria para esa de activación necesaria para esa reacción.reacción.

33

44

Orientación correcta Productos de la reacción

Orientación incorrecta

Orientación incorrecta

Orientación incorrecta

NO HAY REACCIÓN

NO HAY REACCIÓN

NO HAY REACCIÓN

Energía de ActivaciónEnergía de Activación

Es la cantidad mínima de energía necesariaEs la cantidad mínima de energía necesaria

para romper los enlaces entre las partículas para romper los enlaces entre las partículas de los reactivos.de los reactivos.

Si la energía que resulta de la colisión es Si la energía que resulta de la colisión es menor que la energía de activación, los menor que la energía de activación, los reactivos, chocan y rebotan, pero reactivos, chocan y rebotan, pero no se no se transforman en productos, es decir no hay transforman en productos, es decir no hay reacción.reacción.

55

Energía de ActivaciónEnergía de Activación

66

REACTIVOS

PRODUCTOS

ENERGIA DE ACTIVACION

AVANCE DE LA REACCION

77

Velocidad de ReacciónVelocidad de Reacción

Se define como la cantidad de reactivo Se define como la cantidad de reactivo consumido o de producto obtenido en un periodo consumido o de producto obtenido en un periodo dado de tiempo. dado de tiempo.

Factores que afectan la velocidad de Factores que afectan la velocidad de

reacciónreacción

1.1. TemperaturaTemperatura2.2. Concentración de reactivosConcentración de reactivos3.3. Catalízadores ( catalíticos)Catalízadores ( catalíticos)

88

1.1. Concentración de reactivosConcentración de reactivos

Al aumentar la concentración de las partículas Al aumentar la concentración de las partículas reaccionantes, aumenta el número de colisiones reaccionantes, aumenta el número de colisiones y la reacción avanza más rápido :y la reacción avanza más rápido :

[Reactivos] [Reactivos] Velocidad de reacción Velocidad de reacción

2.2. TemperaturaTemperatura A temperaturas más altas, aumenta la energíaA temperaturas más altas, aumenta la energía

cinética de las partículas, se mueven más rápido,cinética de las partículas, se mueven más rápido,

chocan más veces y con suficiente energía parachocan más veces y con suficiente energía para

formar productos, por lo tanto la velocidad deformar productos, por lo tanto la velocidad de

reacción aumenta. reacción aumenta.

Temperatura Temperatura velocidad de reacción velocidad de reacción

3.Catalíticos o Catalizadores3.Catalíticos o CatalizadoresEs una sustancia queEs una sustancia que

aumenta la velocidad de aumenta la velocidad de

reacción química sin ser reacción química sin ser

consumida en la reacción. consumida en la reacción.

La masa del catalizador La masa del catalizador

permanece constante.permanece constante.

En presencia de unEn presencia de un

catalizador, la energía de catalizador, la energía de activación se reduce porque activación se reduce porque el catalizador cambia la ruta el catalizador cambia la ruta

de la reacciónde la reacción..

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En los sistemas vivos, los catalizadores son las En los sistemas vivos, los catalizadores son las ENZIMASENZIMAS

Uso de catalíticos Uso de catalíticos velocidad de reacción velocidad de reacción

1010

Reacciones ReversiblesReacciones ReversiblesEn algunas reacciones, se forman losEn algunas reacciones, se forman los

productos y éstos interactúan y chocan productos y éstos interactúan y chocan para formar los reactivos nuevamente. para formar los reactivos nuevamente. Son aquellas que pueden llevarse a cabo Son aquellas que pueden llevarse a cabo en uno u otrosentido, hasta llegar al en uno u otrosentido, hasta llegar al equilibrio. equilibrio.

Reacción directa :Reacción directa : A A B B

Reacción Inversa:Reacción Inversa: A A B B

Reacción reversible: Reacción reversible: A A ⇄⇄ B B

1111

Punto en el cual la velocidad de la reacciónPunto en el cual la velocidad de la reacción

directa es igual a la velocidad de la reaccióndirecta es igual a la velocidad de la reacción

inversa. Los reactivos forman productos con lainversa. Los reactivos forman productos con la

misma frecuencia que los productos forman misma frecuencia que los productos forman reactivos. reactivos.

En el equilibrio :En el equilibrio :

Las velocidades de las reacciones directa e inversa Las velocidades de las reacciones directa e inversa son iguales.Las concentraciones de reactivos y son iguales.Las concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes ( no iguales ), productos permanecen constantes ( no iguales ), es decir ya no hay cambios en las concentraciones es decir ya no hay cambios en las concentraciones de reactivos y productos.de reactivos y productos.

Equilibrio QuímicoEquilibrio Químico

1212

Establece que cuando una reacción reversibleEstablece que cuando una reacción reversible

alcanza el equilibrio, se le puede calcular a unaalcanza el equilibrio, se le puede calcular a una

temperatura dada su Constante de equilibrio ( Keq),temperatura dada su Constante de equilibrio ( Keq),

la cual se expresa de la manera siguiente:la cual se expresa de la manera siguiente:

Para la reacciónPara la reacción

aA + bB aA + bB ⇋⇋ cC + dDcC + dD

Keq = Keq = [C] [C] cc [D] [D] dd Concentraciones molares de los productos l

[ A] [ A] aa [ B ] [ B ]b b Concentraciones molares deConcentraciones molares de reactivosreactivos

Ley de Acción de MasasLey de Acción de Masas

1313

Note que en la expresión de la K eq. El Note que en la expresión de la K eq. El producto de las concentraciones molares en el producto de las concentraciones molares en el equilibrio de los productos de la reacción, se c equilibrio de los productos de la reacción, se c producto de las concentraciones de los reactivos, producto de las concentraciones de los reactivos, cada una elevada a la potencia que corresponde a cada una elevada a la potencia que corresponde a su coeficiente en la ecuación balanceada.su coeficiente en la ecuación balanceada.

aA + bB aA + bB ⇄⇄ cC + dD cC + dD

Keq = [C]c[D]d

[A]a[B]b

Keq 1 el equilibrio se desplaza a la formación de productos

Keq 1 el equilibrio se desplaza a la formación de reactivos

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Equilibrio HomogéneoEquilibrio HomogéneoEs aquel en el cual todos los reactivos y Es aquel en el cual todos los reactivos y productos se encuentran en el mismo productos se encuentran en el mismo estado físico ( gas, liquido ,sólido).estado físico ( gas, liquido ,sólido).

Equilibrio HeterogéneoEquilibrio HeterogéneoEs aquel en el que uno o mas de los Es aquel en el que uno o mas de los reaccionantes ó productos no están en el reaccionantes ó productos no están en el mismo estado ( ejemplo unos son gases y mismo estado ( ejemplo unos son gases y otros sólidos)otros sólidos)

Uso de el valor de la KeqUso de el valor de la Keq

Nos ayuda a predecir , hacia donde se Nos ayuda a predecir , hacia donde se desplaza mayoritariamente la reacción.desplaza mayoritariamente la reacción.

Keq = 1 Keq = 1 reacción moderadareacción moderada

Keq > 1 Keq > 1 reacción desplazada hacia reacción desplazada hacia productos, esencialmente completa.productos, esencialmente completa.

Keq < 1 Keq < 1 reacción desplazada hacia reacción desplazada hacia reactivos, tiene lugar poca reacción. reactivos, tiene lugar poca reacción.

1616

En un En un equilibrio heterogéneo equilibrio heterogéneo los reactivos o productos los reactivos o productos SÓLIDOSSÓLIDOS sin disolver se omiten sin disolver se omiten

puesto que sus concentraciones no varían puesto que sus concentraciones no varían significativamente. Ejemplos :significativamente. Ejemplos :

2KNO2KNO3(s) 3(s) ⇄⇄ 2KNO 2KNO2(s)2(s) + O + O2(g)2(g) Keq= [O Keq= [O22]]

CC(s)(s) + 2H + 2H2(g)2(g) ⇄ CH⇄ CH4(g) 4(g)

CaO CaO (s) (s) + CO+ CO22 (g) (g) ⇄ CaCO⇄ CaCO33 (s) (s) Keq = Keq = 1_ 1_

[ CO[ CO22]]Note la concentración de los sólidos Note la concentración de los sólidos

no se escriba en la Keqno se escriba en la Keq

Keq= Keq= [CH [CH4 4 ]]

[H[H22]]22

Ejemplo de cálculo de Keq:Ejemplo de cálculo de Keq:Calcule la Keq y diga hacia donde se halla más Calcule la Keq y diga hacia donde se halla más desplazado el equilibrio para la reacción: desplazado el equilibrio para la reacción:

NN22 (g) (g) + 3 H+ 3 H22 (g)(g) ⇄ 2 NH⇄ 2 NH3 (g)3 (g)

Sabiendo que en el equilibrio :Sabiendo que en el equilibrio :

[N[N22]= 0.2 [H]= 0.2 [H22] = 0.4 [ NH] = 0.4 [ NH33]= 0.3 ]= 0.3

Keq = Keq = [ NH[ NH33] ] 22 Keq = Keq = (0.3) (0.3)22 _ _

[ N[ N22] [H] [H22] ] 33 (0.2)(0.4) (0.2)(0.4) 33

Keq= 7.03Keq= 7.03, como es mayor de 1, la reacción , como es mayor de 1, la reacción se halla más desplazada al lado de los se halla más desplazada al lado de los productos es decir hacia la derecha.productos es decir hacia la derecha.

1717

Ej de cálculo de la concentración de uno de Ej de cálculo de la concentración de uno de los reactivos ó productos conociendo Keqlos reactivos ó productos conociendo Keq

Calcule la [HCalcule la [H22], para la siguiente reacción , ], para la siguiente reacción ,

sabiendo que la Keq = 0.8 y sabiendo que la Keq = 0.8 y

[CO] = 0.2 [H[CO] = 0.2 [H22O] = 0.1 [COO] = 0.1 [CO22] = 0.4] = 0.4

CO CO (g) (g) + H+ H22O O (g) (g) ⇄ CO⇄ CO22 (g) (g) + H2 (g)

Keq = [CO2][ H2] 0.8 = (0.4) ( x )

[ CO ][H2O] (0.2) (0.1)

( x) = 0.8 (0.2) (0.1) / (0.4) = 0.04 [ H2 ] = 0.04 Resp . [H2 ]

1818

1919

Ejemplos:Ejemplos:1.1. Escribir las expresiones para las constantes de Escribir las expresiones para las constantes de

equilibrio de las siguientes reacciones: y diga si se equilibrio de las siguientes reacciones: y diga si se trata de equilibrios homogéneos ó heterogéneos.trata de equilibrios homogéneos ó heterogéneos.

a)a) PClPCl55 (g)(g) ⇄⇄ PCl PCl3 (g)3 (g) + Cl + Cl2(g)2(g)

b)b) 4NH4NH3(g) 3(g) + 5O+ 5O2(g) 2(g) ⇄ ⇄ 4NO4NO(g)(g) + 6 H + 6 H22OO(g) (g)

c)c) 2 NaHCO2 NaHCO3 (s) 3 (s) ⇄⇄ Na Na22COCO33 (s)(s) + CO + CO2(g)2(g) + H + H22OO(g)(g)

2.2. Dadas las [ ] en equilibrio calcule el valor de la Dadas las [ ] en equilibrio calcule el valor de la constante de equilibrioconstante de equilibrio

2 A + B 2 A + B ⇄⇄ 3 C + D 3 C + D

[A] = 0.35M; [B] = 0.9 M; [C] = 0.10M; [D] = 0.50 M[A] = 0.35M; [B] = 0.9 M; [C] = 0.10M; [D] = 0.50 M

2020

¿Cuál es el valor de la constante de equilibrio ( K eq ) ¿Cuál es el valor de la constante de equilibrio ( K eq ) para la siguiente reacción?para la siguiente reacción?

COCO2(g)2(g) + H + H2(g)2(g) ⇄CO⇄CO(g)(g) + H + H22OO(g)(g)

Si [CO] =0.25 M, [HSi [CO] =0.25 M, [H22O] =0.4M, [COO] =0.4M, [CO22]=0.50M [H]=0.50M [H22]=0.1M]=0.1M

La KeqLa Keq de la reacción siguiente es 0.212 . Cuando de la reacción siguiente es 0.212 . Cuando

[NO[NO22] = 0.40 M, ¿Cuál es la [N] = 0.40 M, ¿Cuál es la [N22OO44] en el equilibrio?] en el equilibrio?

NN22OO4(g)4(g) ⇄ ⇄ 2 NO2 NO2(g)2(g)

2121

ConcentraciónConcentración Si se aumenta la [Reactivos ] el equilibrio se desplaza Si se aumenta la [Reactivos ] el equilibrio se desplaza

a mayor formación de productos . (derecha →)a mayor formación de productos . (derecha →) Si se disminuye la [Reactivos ] el equilibrio se Si se disminuye la [Reactivos ] el equilibrio se

desplaza a la izquierda mayor formación de desplaza a la izquierda mayor formación de reactivos(←)reactivos(←)

Si se aumenta la [productos ] el equilibrio se desplaza Si se aumenta la [productos ] el equilibrio se desplaza a mayor formación de reactivos.(a mayor formación de reactivos.(←←))

Si se disminuye la [ productos el equilibrio se desplaza Si se disminuye la [ productos el equilibrio se desplaza a mayor formación de productos.(→)a mayor formación de productos.(→)

Factores que afectan el equilibrioFactores que afectan el equilibrio

TemperaturaTemperatura

Reacciones endotérmicas Reacciones endotérmicas se puede considerar al se puede considerar al calor como reactivo para predecir el calor como reactivo para predecir el desplazamiento del equilibrio.desplazamiento del equilibrio.Reacciones exotérmicas Reacciones exotérmicas se puede considerar al se puede considerar al calor como uno de los productos.calor como uno de los productos.

2 KClO2 KClO33 + calor + calor ⇄⇄ 2 KCl + 3 O 2 KCl + 3 O2 2 EndotérmicaEndotérmica NN2 (g)2 (g) + 3 H + 3 H2(g)2(g) ⇄⇄ 2 NH 2 NH 3 (g)3 (g) + calor + calor ExotérmicaExotérmica

2222

↑ de T el equilibrio →

ENDOTERMICA

↓de T el equilibrio ←↑ de T el equilibrio ←

EXOTERMICA

↓de T el equilibrio →

2323

PresiónPresiónPara que los cambios de presión tengan Para que los cambios de presión tengan efecto apreciable en una reacción química en efecto apreciable en una reacción química en equilibrio, es necesario que uno o mas de los equilibrio, es necesario que uno o mas de los reactivos o productos sea gaseoso.reactivos o productos sea gaseoso.

CO(g) + 3H2(g) CH4(g) + H2O(g)

PRESIÓN

↓ PRESIÓN Se desplaza, hacia donde hay MAYOR # de moles de

gases

↑ PRESIÓN Se desplaza hacia donde hay MENOR # de moles de

gases

2424

Si se aplica una perturbación Si se aplica una perturbación (como un cambio de concentración, (como un cambio de concentración, presión o temperatura) en una reacción presión o temperatura) en una reacción en equilibrio, el equilibrio se desplaza en en equilibrio, el equilibrio se desplaza en la dirección que disminuya la la dirección que disminuya la perturbación.perturbación.

Principio de Le ChatelierPrincipio de Le Chatelier

Generalmente: «El equilibrio se desplaza en Generalmente: «El equilibrio se desplaza en contra del aumento y a favor de la contra del aumento y a favor de la disminución». Es decir:disminución». Es decir:Si aumentamos algo que esta en la derecha, el equilibrio se Si aumentamos algo que esta en la derecha, el equilibrio se

desplaza a la izquierda.( contra el aumentodesplaza a la izquierda.( contra el aumento))Si disminuimos algo que está en la derecha, se desplaza a Si disminuimos algo que está en la derecha, se desplaza a la derecha ( a favor de la disminución).la derecha ( a favor de la disminución).

Si aumentamos algo que está en la izquierda, el equilibrio Si aumentamos algo que está en la izquierda, el equilibrio

Se desplaza hacia la derecha (contra el aumento).Se desplaza hacia la derecha (contra el aumento).

Si disminuimos algo que esta en la izquierda el equilibrio Si disminuimos algo que esta en la izquierda el equilibrio se desplaza hacia la izquierda ( a favor de la disminución)se desplaza hacia la izquierda ( a favor de la disminución)

Las prediciones de Le Chatelier acerca de las alteraciones Las prediciones de Le Chatelier acerca de las alteraciones o perturbaciones del equilibrio se resumen en el siguiente o perturbaciones del equilibrio se resumen en el siguiente cuadro.cuadro.

2525

2626

FACTOR PerturbaciónDesplazamiento del

Equilibrio

CONCENTRACION

↓↓ [ productos ] ↑ [ reactivos ]

Derecha

→

↓ [ reactivos ] ↑ [ productos ]

Izquierda

←

TEMPERATURA

EndotérmicasA + calor B

Si ↑ T Derecha

→

Si ↓ TIzquierda

←

ExotérmicasA B + calor

Si ↑ T Izquierda

←

Si ↓ TDerecha

→

PRESION

Si ↓ PresiónHacia donde hay

MAYOR # de moles de gas

Si ↑ PresiónHacia donde hay

MENOR # de moles de gas

2727

Para la reacción en equilibrioPara la reacción en equilibrio

2NO2NO2(g) 2(g) ⇄⇄ 2NO 2NO (g)(g)+ O+ O2(g)2(g) + calor + calor

La reacción es exotérmica ó endotérmica.? ________La reacción es exotérmica ó endotérmica.? ________

A-A-Escriba la constante de equilibrioEscriba la constante de equilibrio

B- El equilibrio es homogéneo ó heterogéneo.’ _______B- El equilibrio es homogéneo ó heterogéneo.’ _______

C- C- Hacia que dirección ( IZQUIERDA Ó DERECHA ) de Hacia que dirección ( IZQUIERDA Ó DERECHA ) de desplazará el equilibrio si se:desplazará el equilibrio si se:

C.1- Disminuye la temperatura ___________C.1- Disminuye la temperatura ___________

C.2- Disminuye [ NO] _________C.2- Disminuye [ NO] _________

c- 3-Aumenta la temperatura ____________c- 3-Aumenta la temperatura ____________

C-4- Aumenta [ NOC-4- Aumenta [ NO22]________________]________________

C-5- Aumenta la presión _____________C-5- Aumenta la presión _____________

Ejercicio :Considere el siguiente sistema:Ejercicio :Considere el siguiente sistema:

CC22HH6 (g)6 (g) C C22HH4(g) 4(g) + H+ H22 (g)(g) + Calor + Calor

Prediga hacia donde se desplaza el equilibrio si:Prediga hacia donde se desplaza el equilibrio si:

a) Aumentamos la temperatura_________a) Aumentamos la temperatura_________

b) Disminuimos [ Cb) Disminuimos [ C22HH44]______________]______________

c) Aumentamos [ Hc) Aumentamos [ H22 ].____________ ].____________

d) Disminuimos la presión: _______d) Disminuimos la presión: _______

e) Disminuimos la temperatura____e) Disminuimos la temperatura____

2929FinFin