Cinética Química y Equilibrio Químico

8/19/2019 Cinética Química y Equilibrio Químico

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La cinética química es el áreaLa cinética química es el área

que estudia la velocidad oque estudia la velocidad orapidez con que los reactivos serapidez con que los reactivos seconsumen y los productos seconsumen y los productos se

forman en una reacción química,forman en una reacción química,como también el mecanismo quecomo también el mecanismo quesiguen los reactivos parasiguen los reactivos para

convertirse en productosconvertirse en productos


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!apidez o "elocidad de!apidez o "elocidad de

reacciónreacciónEsta representa la variación de laEsta representa la variación de laconcentración de un reactivo o producto conconcentración de un reactivo o producto conrespecto al tiemporespecto al tiempo

a # $ b % $ & c C $ d ' $ &a # $ b % $ & c C $ d ' $ &

EntoncesEntonces

"( )"( ) C CAA (( -- C CBB ( $( $ C CCC ( $( $ C CDD = = a t b ta t b t c t d t c t d t


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La velocidad instantánea es laLa velocidad instantánea es lavelocidad en un momentovelocidad en un momentodeterminado y se obtiene por ladeterminado y se obtiene por lapendiente de la tangente de lapendiente de la tangente de lacurva concentración v*s tiempocurva concentración v*s tiempo


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+actores que determinan la+actores que determinan la

velocidad de una reacciónvelocidad de una reacción

Concentración de reactivos-Concentración de reactivos- En general laEn general lamayoría de las reacciones se efect.an masmayoría de las reacciones se efect.an masrápidamente a mayor concentración de los reactivosrápidamente a mayor concentración de los reactivos

/emperatura de reacción- /emperatura de reacción- en general la rapidezen general la rapidezde una reacción se incrementa al aumentar lade una reacción se incrementa al aumentar latemperaturatemperatura

0resencia de un catalizador-0resencia de un catalizador- estos aumentan laestos aumentan larapidez de la reacciónrapidez de la reacción

1rea super2cial de los reactivos sólidos o de1rea super2cial de los reactivos sólidos o delos catalizadores-los catalizadores- a mayor área super2cial sea mayor área super2cial seproduce un aumento de la rapidez de reacciónproduce un aumento de la rapidez de reacción


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CatalizadoresCatalizadores

3n catalizador es una sustancia que3n catalizador es una sustancia queaumenta la velocidad de reacción pero noaumenta la velocidad de reacción pero noaparece en la ecuación estequiométrica deaparece en la ecuación estequiométrica de

esta y puede ser recuperado íntegramenteesta y puede ser recuperado íntegramentedespués de la reaccióndespués de la reacción

Catalizador 4omogéneo- es aquel que seCatalizador 4omogéneo- es aquel que seencuentra en la misma fase que losencuentra en la misma fase que los

componentes de una reaccióncomponentes de una reacción En general 5un catalizador reduce la energíaEn general 5un catalizador reduce la energía

de activación de una reacción química6de activación de una reacción química6


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Concentración de los reactivosConcentración de los reactivos

La velocidad de una reacción aumenta cuando crece la

concentración de losreactivos. Al aumentar el número de moléculas confnadas serámayor la recuencia con que éstas colisionan entre s.


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!em"eratura del sistema

La velocidad de casi todas las reacciones aumenta al elevar la tem"aumento de $% &C 'ace que se du"lique la velocidad de la reacción.

Cuanto más alta sea la tem"eratura( mayor será la ener)a cinética

moléculas( lo que su"one un aumento del número de colisiones moy "or consi)uiente( un aumento de la velocidad de la reacción.

*resencia de un catali+ador

Los catalizadores son sustancias que, a9adidas a losreactivos, aumentan la velocidad de la reacción.


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,acilidad de los reactivos "ara entrar en contacto

;i las reacciones se llevan a cabo en ase )aseosa o en disolución

lquida, las moléculas de los reactivos colisionan con muc


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# t(= comienza a consumirse ># t(= comienza a consumirse >??@@AA y a formary a formar>@>@??


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Equilibrio QuímicoEquilibrio Químico

Estudia aquellas reacciones como laEstudia aquellas reacciones como lase9alada, en las cuales coeistense9alada, en las cuales coeisten

tanto reactantes como productostanto reactantes como productos ;e de2ne como- El estado que;e de2ne como- El estado que

alcanza una reacción, cuandoalcanza una reacción, cuando

presenta concentraciones constantespresenta concentraciones constantesde todas las sustancias participantesde todas las sustancias participantes


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!eacciones reversibles!eacciones reversibles

;on aquellas reacciones en las;on aquellas reacciones en lascuales se obtienen las mismascuales se obtienen las mismassustancias partiendo de lossustancias partiendo de losreactantes o de los productos y cuyasreactantes o de los productos y cuyasconcentraciones se ??@@AABgD ?>@BgD ?>@?? BgDBgD


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Constante de EquilibrioConstante de Equilibrio

En generalEn general

a # BgD $ b % BgD ( c C BgD $ d ' BgDa # BgD $ b % BgD ( c C BgD $ d ' BgD

Fc- 'ebido a que se usa la concentraciónFc- 'ebido a que se usa la concentración

Fc (Fc ( 1C1Ccc22cc 3 1C3 1CDD22dd 1C1CAA22aa 3 1C3 1CBB22//


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Fp- debido a que se utilizan lasFp- debido a que se utilizan laspresiones parciales de los gasespresiones parciales de los gases

Fp (Fp ( 1*1*cc22cc 3 1*3 1*DD22dd

1*1*AA22aa 3 1*3 1*BB22//


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!elación entre Fc y Fp!elación entre Fc y Fp3sando 03sando 0 .. " ( n !/" ( n !/

;i " lo epresamos en litros tenemos que;i " lo epresamos en litros tenemos que nn == CC Brecordar que C es concentraciónDBrecordar que C es concentraciónD

44

G por lo tanto G por lo tanto *= C5!*= C5!

!eemplazando en Fp-!eemplazando en Fp-

Fp (Fp ( 1C1Ccc 5!25!2cc 3 1C3 1CDD 5!25!2dd

1C1CAA 5!25!2aa 3 1C3 1CBB 5!25!2//


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Fp (Fp ( 1C1Ccc22cc 3 1C3 1CDD22dd .. 15!215!2 c6dc6d 1C 1CAA22aa 331C1CBB22// 15!215!2 a6/a6/

FcFc

7" = 7c7" = 7c .. 15!215!2Bc$dD ) Ba$bDBc$dD ) Ba$bD

;i de2nimos- n( Bc$dD H Ba$bD;i de2nimos- n( Bc$dD H Ba$bD

Entonces-Entonces- 7" = 7c7" = 7c .. 15!215!2 nn

Bmoles de producto gaseoso H moles reactivoBmoles de producto gaseoso H moles reactivo

gaseosoDgaseosoD


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Constantes de equili/rio enConstantes de equili/rio enreacciones 'etero)éneasreacciones 'etero)éneas

En el caso de reacciones


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En otras palabras solo se consideran en laEn otras palabras solo se consideran en laepresión de la constante de equilibrio aquellasepresión de la constante de equilibrio aquellasespecies cuya concentración o la presión que seespecies cuya concentración o la presión que se

eIercen varían mientras la reacción alcanza sueIercen varían mientras la reacción alcanza suestado de equilibrioestado de equilibrio

;igni2cado de Fc-;igni2cado de Fc-

el valor de Fc puede interpretarse como unel valor de Fc puede interpretarse como unindicador del grado de conversión de losindicador del grado de conversión de losreactantes en productosreactantes en productos

;i;i Fc JK la conservación es alta B K=DFc JK la conservación es alta B K=D

Fc K la conservación es baIa B=,KDFc K la conservación es baIa B=,KD


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;i Fc JJJK en factor de K=== o mas se;i Fc JJJK en factor de K=== o mas se

considera que esa reacción se desarrollaconsidera que esa reacción se desarrolla


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;l "rinci"io de Le;l "rinci"io de LeC'atelierC'atelier

;i un sistema en equilibrio se somete a una;i un sistema en equilibrio se somete a unamodi2cación, el sistema reaccionamodi2cación, el sistema reaccionadesplazándose en el sentido de compensardesplazándose en el sentido de compensar

el cambio introducidoel cambio introducido

EMEM

;i se retira algo del sistema se desplaza;i se retira algo del sistema se desplazapara reponerlopara reponerlo

;i se agrega algo el sistema se desplaza en;i se agrega algo el sistema se desplaza enel sentido de gastar el eceso agregadoel sentido de gastar el eceso agregado


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!i"os de "ro/lemas!i"os de "ro/lemas

'eterminación del valor de Fc o Fp'eterminación del valor de Fc o Fp'atos- las concentraciones o las presiones parciales'atos- las concentraciones o las presiones parcialesde las especies reaccionantes o la cantidad dede las especies reaccionantes o la cantidad desustancia en el equilibrio y el volumen delsustancia en el equilibrio y el volumen del

recipienteN la ecuación de la reacciónrecipienteN la ecuación de la reacciónEI Considere la reacción-EI Considere la reacción-

?4?4??BgD $ ;BgD $ ;??BgD ?4BgD ?4??;BgD;BgD

# la temperatura de 7==O C En el estado de# la temperatura de 7==O C En el estado deequilibrio se encuentran ?,P mol de 4equilibrio se encuentran ?,P mol de 4?,?, K,PK,P K=K=)P)P

mol de ;mol de ;?? y 8,7 mol de 4y 8,7 mol de 4??; 'etermine Fc; 'etermine Fcsabiendo que el volumen del recipiente es K?Lsabiendo que el volumen del recipiente es K?L


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'escribir el estado en el que se encuentra una'escribir el estado en el que se encuentra unareacción en un momento dadoreacción en un momento dado

'atos- las concentraciones o las presiones'atos- las concentraciones o las presionesparciales de las especies reaccionantes en elparciales de las especies reaccionantes en elmomento solicitado de la reacciónN la ecuaciónmomento solicitado de la reacciónN la ecuaciónde la reacciónN la constante de equilibriode la reacciónN la constante de equilibrio

EI El compuesto gaseoso >@%r se descompone deEI El compuesto gaseoso >@%r se descompone deacuerdo a la ecuación-acuerdo a la ecuación->@%rBgD >@BgD $ R %r>@%rBgD >@BgD $ R %r??BgDBgD Fp ( =,KPFp ( =,KP

En un recipiente adecuado, @%r eIerce una presión de =,PatmN el >@ =,A atm y el %ratmN el >@ =,A atm y el %r?? de =,? atm ;e9ale si elde =,? atm ;e9ale si elsistema esta en ese momento en el estado de equilibriosistema esta en ese momento en el estado de equilibrio

En caso contrario, indique el sentido en el cualEn caso contrario, indique el sentido en el cualevoluciona la reacciónevoluciona la reacción


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'eterminación de las concentraciones de todas'eterminación de las concentraciones de todaslas especies en el estado de equilibriolas especies en el estado de equilibrio

'atos- las concentraciones, las presiones parciales'atos- las concentraciones, las presiones parcialeso la cantidad de materia y el volumen delo la cantidad de materia y el volumen delrecipiente, de las especies reaccionantes alrecipiente, de las especies reaccionantes aliniciarse la reacciónN la ecuación de la reacciónN lainiciarse la reacciónN la ecuación de la reacciónN la

constante de equilibrioconstante de equilibrio

EI En un reactor de KL de capacidad se ubican AEI En un reactor de KL de capacidad se ubican Amol de 4mol de 4?? y A mol de Sy A mol de S?? a una temperatura dea una temperatura deA78O C, produciéndose la reacción que se indicaA78O C, produciéndose la reacción que se indica

'etermine la concentración de todas las especies'etermine la concentración de todas las especiescuando el sistema alcanza el estado de equilibriocuando el sistema alcanza el estado de equilibrio

44??BgD $ SBgD $ S??BgD ? 4S BgDBgD ? 4S BgD Fc ( AFc ( A


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'eterminar el porcentaIe de disociación de una'eterminar el porcentaIe de disociación de unasustanciasustancia

El T de disociación de una sustancia es la razónEl T de disociación de una sustancia es la razónentre los moles que se disocian de la sustancia yentre los moles que se disocian de la sustancia ylos moles iniciales de ella multiplicado por K==-los moles iniciales de ella multiplicado por K==-

T de disociación (T de disociación ( moles disociadosmoles disociados K== K== moles inicialesmoles iniciales

'atos- las concentraciones, las presiones parciales'atos- las concentraciones, las presiones parcialeso la cantidad de materia y el volumen delo la cantidad de materia y el volumen delrecipiente, de las especies reaccionantes alrecipiente, de las especies reaccionantes aliniciarse la reacciónN la ecuación de la reacciónNiniciarse la reacciónN la ecuación de la reacciónN

la constante de equilibriola constante de equilibrioEI En un reactor se tiene ?,KEI En un reactor se tiene ?,K K=K=)) mol*L de 4S puro,mol*L de 4S puro,a una temperatura de A:=O C, estableciéndose ela una temperatura de A:=O C, estableciéndose elequilibrio que se muestra 'etermine el T deequilibrio que se muestra 'etermine el T dedisociación del yoduro de


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'eterminar las concentraciones de equilibrio'eterminar las concentraciones de equilibriocuando un sistema en equilibrio es perturbadocuando un sistema en equilibrio es perturbado

agregando o etrayendo alg.n reactivoagregando o etrayendo alg.n reactivo'atos- las concentraciones, las presiones parciales o'atos- las concentraciones, las presiones parciales o

la cantidad de materia y el volumen del recipiente,la cantidad de materia y el volumen del recipiente,de las especies reaccionantes al iniciarse lade las especies reaccionantes al iniciarse la

reacciónN la ecuación de la reacciónN la constante dereacciónN la ecuación de la reacciónN la constante deequilibrioequilibrio

EI =,? moles de >@EI =,? moles de >@??BgD están en equilibrio con =,=KBgD están en equilibrio con =,=Kmol de >mol de >??@@AABgD en un contenedor de KL Calcule lasBgD en un contenedor de KL Calcule las

nuevas concentraciones en equilibrio cuando senuevas concentraciones en equilibrio cuando seagregan =,? moles de >@agregan =,? moles de >@??BgD Comente su resultadoBgD Comente su resultadoa la luz del principio de Le C@??BgD >BgD >??@@AABgD Fc( =,?PBgD Fc( =,?P

aracter st cas e as reacc ones enarac er s cas e as reacc ones en


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aracter st cas e as reacc ones enarac er s cas e as reacc ones enequilibrioequilibrio

Los reactantes no se agotan 'espués de un cierto tiempo coeistenLos reactantes no se agotan 'espués de un cierto tiempo coeistenreactantes y productos inde2nidamentereactantes y productos inde2nidamente

!eactantes y productos alcanzan una concentración 2nal constante!eactantes y productos alcanzan una concentración 2nal constante

;on reversibles- se obtienen las mismas especies partiendo de los;on reversibles- se obtienen las mismas especies partiendo de losproductos o de los reactantesproductos o de los reactantes

Las concentraciones 2nales de los reactantes y productos se encuentranLas concentraciones 2nales de los reactantes y productos se encuentranrelacionadas por una epresión matemática que considera losrelacionadas por una epresión matemática que considera loscoe2cientes de las sustancias en la ecuación química de la reaccióncoe2cientes de las sustancias en la ecuación química de la reacción

;on dinámicas- la composición atómica de las moléculas de reactantes y;on dinámicas- la composición atómica de las moléculas de reactantes yproductos cambian continuamente, pues sus átomos estánproductos cambian continuamente, pues sus átomos están

intercambiándose permanentementeintercambiándose permanentemente

El estado de equilibrio se alcanza cuando las concentraciones oEl estado de equilibrio se alcanza cuando las concentraciones opresiones parciales de los reactantes y productos se

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