Equilibrio Qumico: el contexto

Qumica I

Contenidos mnimos

Teora atmica y molecular de la materia. Propiedades generales de los elementos. Metales y no metales. Uniones qumicas. Estados de agregacin de la materia. Leyes de los gases. Soluciones. Estequiometra. Conceptos bsicos de equilibrio qumico, cintica y termoqumica.

Programa

1. Medidas y Unidades

2. tomos

3. Propiedades peridicas de los elementos

4. Metales y compuestos inicos

5. Molculas

6. Interacciones no covalentes

7. Nomenclatura

8. Cantidades en qumica

9. Gases

Propiedades a nivel macroscpico y microspico. Presin, unidades. Leyes fenomenolgicas: ley de Boyle, ley de Gay-Lussac y principio de Avogadro. El gas ideal y la ecuacin general de los gases ideales. Mezclas de gases, ley de Dalton. Teora cintica molecular. Difusin y efusin. Gases reales. Ecuacin de van der Waals.

10. Lquidos y slidos

11. Transformaciones fsicas

Definicin.

Cambios de fase. Presin de vapor. Diagrama de fases para sistemas de un componente.

Disoluciones. Descripcin macroscpica y microscpica. Interacciones involucradas. Solubilidad. Propiedades coligativas.

12. Composicin de las soluciones

13. Transformaciones qumicas

14. Termoqumica

15. Cintica qumica

Transformacin de los reactivos en el tiempo. Definicin de la velocidad de reaccin. Grficos de concentracin versus tiempo. Determinacin grfica de la velocidad instantnea.

Ley de velocidad. Orden de reaccin. Reacciones elementales y complejas. Efecto de la temperatura en la velocidad de reaccin. Catalizadores.

16. Equilibrio

Estado de equilibrio de un sistema. Equilibrio trmico, mecnico y material. Descripcin macroscpica y microscpica.

Equilibrio qumico. La constante de equilibrio: Kc, Kp y K. Relacin con la cintica de la reaccin.

Equilibrios heterogneos.

Influencia del agregado o remocin de reactivos o productos sobre el sistema en equilibrio. Efecto de la temperatura.

Bibliografa

Atkins, P., Qumica.

Brown, T., LeMay, H., Bursten, B., Qumica, la ciencia central.

Chang, R., Qumica.

Pauling, L., Qumica.

Mahan, B., Qumica, curso universitario.

Conocimientos previos:

Estado de equilibrio de un sistema, funciones de estado.Gas ideal y gases reales. Solucin ideal y soluciones reales. Reacciones elementales y complejas, mecanismo de reaccin, perfil de reaccin.

Objetivos

Caracterizar el equilibrio qumico en trminos de la composicin del sistema cuali y cuantitativamente.Revisar el tratamiento estequiomtrico de las reacciones en trminos de rendimiento.Incorporar la idea de la reversibilidad de las reacciones y la naturaleza dinmica del equilibrio.Reconocer las variables que afectan la composicin del sistema en el equilibrio y predecir la evolucin del sistema en respuesta a cambios externos.Reconocer generalidades y diferencias entre reacciones distintas y con otros equilibrios dinmicos.Reconocer y evaluar las aproximaciones realizadas en el tratamiento cuantitativo del equilibrio.

Contenidos

La constante de equilibrio.Equilibrios homogneos y heterogneos.Reversibilidad de las reacciones, naturaleza dinmica del equilibrio.Equilibrio y velocidades de reaccin.Q, el cociente de reaccinRespuestas de un sistema en equilibrio a cambios impuestos.

Equilibrio Qumico: la clase

Rendimiento experimental de reaccin:
evolucin de los sistemas reactivos

en los clculos de estequiometra nos enfrentamos con el problema del rendimiento: trabajando con resultados experimentales veamos que en general la cantidad de producto obtenida era inferior a la esperada si todo el reactivo limitante se consuma.

En ese momento planteamos que existen diferentes causas que dan cuenta de un rendimiento experimental menor que 100%:

-existencia de reacciones paralelas

-pureza de los reactivos

- equilibrio qumico

Los dos primeros problemas no son generales para cualquier reaccin

Sin embargo todas las reacciones estn sujetas al problema del equilibrio qumico:

A una dada temperatura y presin ( T y V), si una reaccin se inicia colocando los reactivos en un recipiente cerrado la concentracin de los reactivos ir disminuyendo y la de productos aumentando en el tiempo hasta que la concentracin de todas las especies deja de variar y se mantiene en un valor constante si las condiciones de la reaccin se mantienen constantes. En algunas reacciones tambin aparecen intermediarios en esta situacin.

tiempo

Concentracin

Grficamente se ve que en este ejemplo la reaccin se inici partiendo slo de N2O4. Conforme la reaccin avanza la concentracin de N2O4 va cayendo concomitantemente con el aumento de la concentracin de NO2. Estas variaciones pueden deducirse a partir de la ecuacin balanceada de la reaccin (siempre y cuando no haya intermediarios cuya concentracin sea apreciable).

A un dado tiempo las concentraciones del reactivo y del producto de la reaccin del ejemplo dejan de variar. Esto no indica que se ha consumido todo el reactivo, porque se ve que est presente en la mezcla de reaccin. A esta situacin se la denomina equilibrio qumico y se mantendr a menos que se perturbe al sistema.

El tiempo que le lleva a cada reaccin llegar al equilibrio depende de cada reaccin en particular. Pero seguramente, tarde o temprano cualquier reaccin alcanzar este estado.

La constante de equilibrio

Ley de accin de masas (Guldberg y Waage 1864):



Esta relacin es independiente de la composicin inicial del sistema:

La situacin de equilibrio qumico de un sistema puede expresarse cuantitativamente a travs de la constante de equilibrio (K).

Considerando siempre la reaccin de descomposicin del N2O4, la tabla muestra diferentes sistemas de reaccin preparados con concentraciones iniciales distintas de reactivo.

A medida que la reaccin progresa y como se vio en el grfico anterior, la concentracin del reactivo decrece y consecuentemente la del producto (formado a partir del reactivo) aumenta.

Las concentraciones de las dos especies en el equilibrio son distintas dependiendo de las concentraciones iniciales. Sin embargo K es constante.

Experimento

[N2O4]0

[NO2]0

[N2O4]e

[NO2]e

Kc

1

1,00 10-3

0

4,72 10-6

9,95 10-4

0,21

2

4,00 10-3

0

7,34 10-5

3,93 10-3

0,21

3

1,00 10-2

0

4,40 10-4

9,56 10-3

0,21

4

2,00 10-2

0

4,52 10-3

3,10 10-2

0,21

En general para la reaccin de ecuacin balanceada:

La composicin del sistema en equilibrio es caracterizada por la relacin constante Kc:

De forma general, cualquier reaccin alcanza el equilibrio y la composicin del sistema se mantendr invariante en el tiempo.

En trminos cuantitativos es posible plantear la K de cualquier reaccin a partir de su ecuacin balanceada. (el problema de los intermediarios, en esos casos expresar a K de esta forma es una aproximacin ms o menos buena). Se van a manejar reacciones en donde no haya intermediarios de reaccin o bien su concentracin no sea importante.

Otras expresiones de la constante de equilibrio

Para reacciones en fase gaseosa, segn la ecuacin de estado del gas ideal:

Una forma prctica de evaluar la composicin de una mezcla gaseosa es analizar las presiones parciales de los diferentes gases involucrados en lugar de las concentraciones. Sin embargo como vemos concentracin y presin parcial pueden derivarse la una de la otra aplicando por ejemplo la ecuacin de estado del GI.

Cada concentracin de equilibrio puede reemplazarse por la presin parcial de equilibrio y as encontrar Kp a partir de Kc (y viceversa).

Es importante mirar en cada ejemplo que se presente si la constante est expresada en trminos de concentraciones o de presiones parciales. Salvo en algunos casos, Kc y Kp no son numricamente iguales.

Resultados experimentales, un ejemplo

Esta tabla fue obtenida a partir de datos experimentales. Los autores de este trabajo midieron las composiciones de la mezcla en equilibrio para la reaccin de descomposicin del N2O4 a NO2. A partir de estas concentraciones calcularon la constante de equilibrio Kp. Esta experiencia la hicieron a 3 temperaturas diferentes.

En la columna 3 aparecen informadas las Kp calculadas en sistemas que se prepararon partiendo de distintas C0 de N2O4.

A diferencia de los datos informados en la tabla de la pgina 6 (todas las mezclas de reaccin llevaban al mismo valor de Kp!) los valores de Kp para esta reaccin (y en general para todas) no son constantes y disminuyen conforme aumenta la concentracin inicial de N2O4 usada en el experimento.

Los datos experimentales no son siempre como los que aparecen en los libros.

En esta figura se representaron los datos de la tabla anterior. Se puede apreciar que independientemente de la temperatura de los ensayos, la constante va disminuyendo.

Grfico14.496.286.286.289.879.876.5110.1510.157.6511.6211.628.912.2612.268.9812.5912.599.3312.5912.599.8714.1814.1810.1515.8515.8510.5416.6716.6711.6217.3117.3112.119.8419.8412.2621.6221.6212.5927.7227.7212.5929.6829.6812.8913.5914.1814.9314.9815.3915.8516.6717.3118.0118.0218.418.9919.8420.0720.921.421.6227.7229.68450350250253545[N2O4]inicial moles/litro x 103K0.1380.31740.67710.14190.2950.13230.31630.64910.13840.29370.61030.13780.29530.13250.29490.61040.13590.30070.62660.128728770.6230.1470.28590.59930.13490.30160.6290.13180.2860.60680.1310.30320.6280.13180.26440.55670.1340.28060.57180.1340.27920.59340.13190.13030.12650.12940.12780.13810.1290.13930.12950.12610.12740.1290.12920.14120.12720.12180.12050.11210.12360.126125-35-454.490.1386.280.31740.67716.280.14199.870.2956.510.132310.150.31630.64917.650.138411.620.29370.61038.90.137812.260.29538.980.132512.590.29490.61049.330.135912.590.30070.62669.870.128714.1828770.62310.150.14715.850.28590.599310.540.134916.670.30160.62911.620.131817.310.2860.606812.10.13119.840.30320.62812.260.131821.620.26440.556712.590.13427.720.28060.571812.590.13429.680.27920.593412.890.131913.590.130314.180.126514.930.129414.980.127815.390.138115.850.12916.670.139317.310.129518.010.126118.020.127418.40.12918.990.129219.840.141220.070.127220.90.121821.40.120521.620.112127.720.123629.680.1261Hoja2Hoja3

Aumento de presin y equilibrio

depende de C0 (p0)

Los gases de la mezcla reactiva dejan de comportase como gases

ideales.

Podran incorporarse otras ecuaciones de estado para gases reales: la

expresin matemtica de Kp (o Kc) es ms complicada.

Alternativamente:

En la tabla anterior se puede ver que el valor correspondiente al calculo de la constante va disminuyendo a medida que la presin inicial de N2O4 aumenta. La pregunta es: la constante deja de ser constante?

Sea cual fuera la presin o la concentracin inicial de reactivos en el equilibrio la composicin del sistema no cambia.

Lo que sucede es que la expresin para el clculo de Kc o Kp incluye las concentraciones o presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio y esta relacin es la que deja de ser constante. Ya se vio en cintica que la concentracin analtica de los reactivos y productos no es siempre una buena medida de la concentracin reactiva. En gases un aumento de presin conlleva desviaciones respecto del comportamiento ideal (por efecto del volumen propio y/o interacciones no covalentes).

Supongamos que los gases de la mezcla reactiva se comportan segn el gas de van der Waals por ejemplo. Entonces se podra poner en la expresin de la constante de equilibrio las presiones parciales o las concentraciones de acuerdo a las ecuaciones del modelo de van der Waals. Sin embargo para mantener la simplicidad de la expresin se incorpora la actividad de manera tal de corregir las desviaciones respecto del comportamiento ideal. As se mantiene la simplicidad en la expresin y se obtiene una constante que slo depende (en el caso de gases) de la temperatura.

Para la reaccin anterior:
Kp corr = 0,1426 (25C)
Kp corr = 0,3183 (35 C)
Kp corr = 0,6706 (45 C)

La desviacin del comportamiento ideal es un problema comn a todas las reacciones

Las presiones parciales son una buena aproximacin a bajas presiones.

La desviacin del comportamiento ideal es un problema comn a todas las reacciones (en fase gaseosa) (a valores mayores o menores de presiones)

En los resultados de los experimentos de la tabla, la constante Kp se obtuvo, a cada temperatura, extrapolando los valores a concentracin inicial de reactivo igual a cero. Esta es otra forma de corregir el efecto de las desviaciones que a altas presiones muestran los gases reales respecto del comportamiento ideal.

Reacciones en solucin

K = f(T,P,solvente)Al aumentar [C] se producen desviaciones respecto del comportamiento ideal. Este efecto es ms notorio en el caso de electrolitos.Kc ~ K (actividades) a bajas concentraciones. K es independiente de las concentraciones iniciales (como en gases)

Para reacciones que ocurren en solucin se puede plantear un tratamiento equivalente al que se vio para reacciones con gases. Tambin se cumple la ley de accin de masas, y existe una constante de equilibrio que depende adems de la presin y del solvente de la solucin.

A medida que las concentraciones de las especies involucradas en la reaccin aumentan, se observan desviaciones: las concentraciones son constantes en el equilibrio, pero el valor de K vara.

El problema de evaluar al sistema usando las concentraciones analticas ya se vio al tratar las propiedades coligativas de las soluciones. La concentracin analtica no es siempre una buena descripcin de la concentracin activa (o en este caso reactiva)

Equilibrios heterogneos

Las sustancias involucradas en la reaccin se encuentran en ms de

una fase:

Los slidos o lquidos puros no se incluyen en K (Kc,Kp)

Kp = pCO2 , eq

K = aCO2 , eq

La concentracin de los slidos no cambia con el progreso de la

reaccin.

La concentracin de los slidos no cambia con el progreso de la

reaccin.

Experimentalmente se observa que las cantidades de slidos o lquidos

puros presentes en el equilibrio no afectan las presiones de equilibrio de

los gases involucrados, siempre que estn presentes en el estado de

equilibrio.

Ejemplos

En esta tabla se presentan algunas reacciones y sus correspondientes constantes de equilibrio (evaluadas a determinadas T). Se ve que tanto la expresin de K como su valor numrico varan de acuerdo a cada reaccin. Los valores de K para diferentes reacciones son muy variados. En general, se puede decir que si el valor de K es grande la mezcla en el equilibrio ser ms rica en productos que en reactivos. Si el valor de K es chico, la mezcla de reaccin en equilibrio ser ms rica en productos.

Sin embargo esta interpretacin es general, se ve que la expresin de K puede ser ms o menos compleja. Entonces al comparar los valores de K de dos reacciones distintas, hay que tener en cuenta la expresin que toma la constante en cada caso.

Reaccin

Temperatura

(en K)

Constante de equilibrio

H2(g) + Cl2(g) ( 2HCl(g)

300

31

eq

Cl

eq

,

H

2

eq

HCl,

10

00

,

4

p

p

p

Kp

2

2

=

*

=

2NO(g) ( N2(g) + O2(g)

2173

3

2

eq

NO,

eq

,

O

eq

,

N

10

40

,

2

p

p

p

Kp

2

2

-

=

*

=

BaSO4(s) + H2O(l) ( Ba+2(aq) + SO4=(aq)

298

10

1

]

[SO

]

[Ba

Kc

-10

eq

4

eq

2

=

*

=

=

+

CaCO3(s) ( CaO(s) + CO2(g)

1173

Kp = p CO2, eq = 0,0018

_1183993039.unknown_1183993292.unknown_1183900592.unknown

Interpretacin del valor de K

La expresin de la constante puede ser compleja, es necesario una

interpretacin cuidadosa.

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

Kp= pCO2, eq

peqCO2

Como ejemplo se presenta la reaccin de descomposicin del CaCO3.

Para que este sistema alcance el equilibrio es necesario que en el equilibrio est presente el CaCO3 (en mayor o menor cantidad). No se puede decir que esta mezcla (en equilibrio) es ms o menos rica en producto o en reactivo.

[NO2]eq= (Kp [N2O4]eq)0.5

En este otro ejemplo, las concentraciones de reactivo y producto en el equilibrio estn relacionadas por una parbola.

Grfico90.00100.0020.0010.0030.0020.0040.0030.0050.0040.010.0050.010.05[N2O4]eq (en moles/litro)[NO2]eq (en moles 102/litro)01.44913767462.04939015322.50998007962.89827534923.24037034924.58257569510.246950766Hoja100.000000.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.001800.00180.10.00180.20.00180.30.0018Hoja1Moles de CaCO3 presentesp CO2Hoja200.00E+000.000.0011.45E-021.450.0022.05E-022.050.0032.51E-022.510.0042.90E-022.900.0053.24E-023.240.014.58E-024.580.051.02E-0110.25Moles de CaCO3peqCO2Hoja2[N2O4]eq (en moles/litro)[NO2]eq (en moles 102/litro)Hoja3

Las unidades de Kc y Kp

Ninguno de los valores de las constantes presentados tiene unidades.

En los clculos se deben expresar las presiones y las concentraciones experimentales en las mismas unidades que las del estado de referencia.

Los valores de presin o concentracin medidos en el equilibrio se expresan como proporciones de presiones o concentraciones tomadas como referencias:

- 1 atm o 1 bar para presiones
- 1 Molar para concentraciones
- slidos o lquidos puros para slidos o lquidos puros

Si en los clculos se expresan las presiones y las concentraciones experimentales en las mismas unidades que las correspondientes al estado de referencia, el estado de referencia no es un problema. Los valores numricos no se modifican.

En los clculos es de ayuda trabajar con las unidades.

El equilibrio se alcanza tambin desde los productos

Las reacciones qumicas son reversibles

(Berthollet 1798)

En la tabla se prepararon diferentes mezclas de reaccin, partiendo desde el reactivo o desde el producto. En todos los casos el sistema alcanz, a esta temperatura, la misma situacin de equilibrio.

El sentido de progreso de la reaccin puede invertirse modificando las cantidades de productos o reactivos que se usen inicialmente para preparar la mezcla de reaccin.

En el caso de comenzar por el producto (o los productos), el sistema evolucionar igualmente hacia la posicin de equilibrio(a una dada T), En este caso, transformando producto en reactivo.

Experimento

[N2O4]0

[NO2]0

[N2O4]e

[NO2]e

Kc

1

0.0

0.0200

0.00140

0.0172

0.21

2

0.0

0.0300

0.00180

0.0243

0.21

3

0.0

0.0400

0.00452

0.0310

0.21

4

0.0200

0.0

0.00452

0.0310

0.21

El perfil de reaccin

En la discusin del perfil de reaccin ya discutimos la reversibilidad de las reacciones.

Reactivos

Coordenada de reaccin

E

Ea directa

Ea inversa

Productos

Reactivos

Al analizar el perfil de una reaccin ( en este caso elemental), se ve que la reaccin inversa puede describirse haciendo el mismo anlisis que para la reaccin directa. Si bien las dos reacciones son diferentes, se ve que partiendo de productos se pueden generar los reactivos.

Otro ejemplo: la sntesis de NH3 y el proceso Haber-Bosch

La fijacin de nitrgeno del aire es llevada a cabo por microorganismos. En el laboratorio era una tarea difcil por la alta entalpa de enlace del N2 que es por tanto muy poco reactivo. Haber quera obtener NH3 a partir del N2 del aire y este objetivo lo llevo a dilucidar muchos aspectos del equilibrio qumico.

Esta reaccin tiene una serie de complicaciones si se pretende obtener un buen rendimiento de reaccin. Sin embargo estas complicaciones fueron sorteadas y a pesar de la opinin general, fue (y sigue siendo), la principal fuente industrial de NH3.

Los datos de laboratorio muestran que en este caso tambin Kp se desva de su valor constante (a una dada T) a medida que aumenta la presin parcial inicial de NH3 empleado en la reaccin.

El equilibrio qumico es dinmico

Macroscpicamente no hay cambio en la composicin del sistema.Microscpicamente ocurren reacciones, no hay reposo:
existen reacciones opuestas que transcurren a la misma velocidad.

para que estas reacciones no generen cambios en la composicin deben existir reacciones opuestas que transcurran a la misma velocidad.

Cmo averiguar si es dinmico?

N2O4 NO2

N*2O4 + N**2O4 + N2O4 N*O2 + NO2

N**2O4 N*O2

Se prepara una mezcla de reaccin a una dada temperatura y presin. Se deja que el sistema alcance el equilibrio. Se determina la composicin del sistema: como son gases podemos usar las presiones parciales.

En las mismas condiciones se prepara una segunda mezcla de reaccin pero en donde todas las molculas de N2O4 y de NO2 contienen N15 (estn marcadas) . En el caso del N2O4 ambos tomos de nitrgeno son reemplazados por N15. Se deja que este sistema alcance el equilibrio.

Se mezclan ambos sistemas, sin alterar sus composiciones: la mezcla total estar en equilibrio.

Se analiza la composicin de las molculas de N2O4 y se ve que aparecen molculas con un solo tomo de N15. Estas molculas no estaban presentes en ninguna de las dos mezclas iniciales.

Si el equilibrio qumico fuera esttico, las molculas de N2O4 tendran que ser fras o calientes. La aparicin de molculas con un solo tomo de N15 indica que hubo una transformacin del sistema, que sigui en todo momento en equilibrio:

Para mantener las concentraciones constantes, si algo de N*O2 se transform en N*2O4 entonces tambin algo de N2O4 tuvo que transformarse en NO2. De lo contrario las concentraciones se hubieran modificado.

Otros ejemplos de equilibrios dinmicos

Vapor en equilibrio
con su lquidoSoluto no disuelto en equilibrio con solucin saturada

En estos casos y a pesar de ser ejemplos de transformaciones fsicas, tambin es posible expresar cuantitativamente la posicin de equilibrio.

Resumen

Toda reaccin progresa hasta el estado de equilibrio.K describe cuantitativamente la posicin del equilibrio. Kc y Kp son buenas aproximaciones a K en solucin diluida y bajas presiones respectivamente.La composicin de la mezcla reactiva en el equilibrio puede ser ms o menos rica en productos y esto depende de cada reaccin.Las reacciones son reversiblesEl equilibrio qumico es dinmico

Prctica

Clculo de constantes de equilibrio a partir de composiciones en el equilibrio. Anlisis de datos experimentales.Clculo de la composicin de la mezcla reactiva en el equilibrio a partir de K. Resolucin exacta y aproximada: criterios de anlisis de la calidad de la aproximacin empleada.Anlisis de desviaciones del comportamiento ideal. Correcciones.

Laboratorio

Continuacin

Velocidades de reaccin y equilibrio: reacciones elementales y complejas.El cociente de reaccin Q, su manejo para analizar la posicin de un sistema respecto del equilibrio.Reacciones endotrmicas y exotrmicas: respuestas del sistema en equilibrio a cambios de temperatura.Respuesta del sistema a cambios externos: su importancia en el rendimiento de reaccin.

Velocidades de reaccin y equilibrio: reacciones elementales y complejas.

El cociente de reaccin Q, su manejo para analizar la posicin de un sistema respecto del equilibrio.

Reacciones endotrmicas y exotrmicas: respuestas del sistema en equilibrio a cambios de temperatura.

Respuesta del sistema a cambios externos: su importancia en el rendimiento de reaccin.

Reacciones elementales

N2O4(g) 2NO2(g)

En el equilibrio:

[N2O4]eq = constante

p N2O4eq= constante

Pero el equilibrio es dinmico:

Reacciones complejas: principio de equilibrio detallado

2NO2 (g) + F2(g) 2NO2F(g)

Mecanismo:

Condicin de equilibrio: cada etapa elemental y su inversa

transcurren a la misma velocidad

RT

p

V

n

C

equilibrio

el

en

y

p

V

n

y

V

n

C

eq

eq

eq

=

=

=

=

RT

T)

de

depende

(K

a

a

K

eq

,

O

N

2

eq

,

NO

4

2

2

=

dD

cC

bB

aA

+

+

(g)

2NH

(g)

3H

(g)

N

3

2

2

+

RT

ki

kd

Kp

y

ki

kd

Kc

]

O

[N

]

[NO

ki

kd

]

[NO

ki

]

O

[N

kd

vd

vi

equilibrio

el

en

]

[NO

ki

v

y

]

O

[N

kd

v

donde

0

]

[NO

k

-

]

O

[N

k

]

O

d[N

eq

4

2

2

eq

2

2

eq

2

eq

4

2

2

eq

2

i

eq

4

2

d

2

eq

2

i

eq

4

2

d

4

2

=

=

=

=

=

\

=

=

=

=

-

dt

RT

1

p

p

RT

p

(RT)

p

Kc

eq

,

O

N

2

eq

,

NO

eq

,

O

N

2

2

eq

,

NO

4

2

2

4

2

2

=

=

=

ref

eq

,

O

N

2

ref

eq

,

NO

p

p

p

p

Kp

4

2

2

(g)

CO

CaO(s)

(s)

CaCO

2

3

+

eq

aq

6

12

6

6

12

6

6

12

6

,

]

O

H

[C

K

(aq)

O

H

C

(s)

O

H

C

=

-0.100.10.20.3

Moles de CaCO

3

qumico"

equilibrio

del

ideal

ley

"

[B]

x

]

[

[D]

x

[C]

b

d

c

eq

eq

eq

a

eq

A

Kc

=

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

02004006008001000

P (atm)

Kp (10

5

)

(v)

p

K

O(v)

H

O(l)

H

eq

O,

H

2

2

2

=

Experimento

[N

2

O

4

]

0

[NO

2

]

0

[N

2

O

4

]

e

[NO

2

]

e

Kc

1

0.0

0.0200

0.00140

0.0172

0.21

2

0.0

0.0300

0.00180

0.0243

0.21

3

0.0

0.0400

0.00452

0.0310

0.21

4

0.0200

0.0

0.00452

0.0310

0.21

cte)

T

(si

]

O

[N

]

NO

[

eq

4

2

2

eq

2

cte

=

NO2F

F

NO2

F

NO2F

F2

NO2

2

k

k2

1

k

k1

+

+

+

-

-

eq

2

-

1

-

2

1

eq

2

2

eq

2

2

2

2

-

1

-

2

1

2

eq

2

2

-

1

-

eq

2

2

eq

2

2

1

eq

2

2

-

eq

eq

2

2

eq

eq

2

1

-

eq

2

eq

2

1

K

k

k

k

k

]

[F

]

[NO

F]

[NO

k

k

k

k

F]

[NO

k

k

]

[F

]

[NO

k

k

:

combinando

2)

(etapa

F]

[NO

k

[F]

]

[NO

k

1)

(etapa

[F]

]

[NO

k

]

[F

]

[NO

k

eq

=

=

=

=

=

Qumica I

Contenidos mnimos

Teora atmica y molecular de la materia. Propiedades generales de los

elementos. Metales y no metales. Uniones qumicas. Estados de agregacin de

la materia. Leyes de los gases. Soluciones.

Estequiometra. Conceptos bsicos

de equilibrio qumico, cintica y termoqumica.

Programa

1. Medidas y Unidades

2. tomos

3. Propiedades peridicas de los elementos

4. Metales y compuestos inicos

5. Molculas

6. Interacciones no covalentes

Experimento

[N

2

O

4

]

0

[NO

2

]

0

[N

2

O

4

]

e

[NO

2

]

e

Kc

1

1,00 10

-3

0

4,72 10

-6

9,95 10

-4

0,21

2

4,00 10

-3

0

7,34 10

-5

3,93 10

-3

0,21

3

1,00 10

-2

0

4,40 10

-4

9,56 10

-3

0,21

4

2,00 10

-2

0

4,52 10

-3

3,10 10

-2

0,21

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0102030

[N

2

O

4

]

inicial

moles/litro x 10

3

K

45

0

35

0

25

0

2

4

2

2NO

O

N

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

11.00

12.00

00.010.020.030.040.05

[N

2

O

4

]

eq

(en moles/litro)

[NO

2

]

eq

(en moles 10

2

/litro)

7. Nomenclatura

8. Cantidades en qumica

9. Gases

Propiedades

a nivel macroscpico y microspico. Presin, unidades. Leyes

fenomenolgicas: ley de Boyle, ley de Gay-Lussac y principio de Avogadro.

El gas

ideal

y la ecuacin general de los gases ideales. Mezclas de gases, ley de Dalton.

Teora cintica molecular. Difusin y efusin. Gases reales. Ecuacin de

van der

Waals.

10. Lquidos y slidos

11. Transformaciones fsicas

Definicin.

Cambios de fase.

Presin de vapor

. Diagrama de fases para sistemas de un

componente.

Disoluciones. Descripcin macroscpica y microscpica.

Interacciones

involucradas.

Solubilidad. Propiedades coligativas.

12. Composicin de las soluciones

Reaccin

Temperatura

(en K)

Constante de equilibrio

H

2

(g) + Cl

2

(g)

2HCl(g)

300

31

eq

Cl

eq

,

H

2

eq

HCl,

10

00

,

4

p

p

p

Kp

2

2

=

*

=

2NO(g)

N

2

(g) + O

2

(g)

2173

3

2

eq

NO,

eq

,

O

eq

,

N

10

40

,

2

p

p

p

Kp

2

2

-

=

*

=

BaSO

4

(s) + H

2

O(l)

Ba

+2

(aq) +

SO

4

=

(aq)

298

10

1

]

[SO

]

[Ba

Kc

-10

eq

4

eq

2

=

*

=

=

+

CaCO

3

(s)

CaO(s) + CO

2

(g)

1173

Kp = p

CO2, eq

= 0,0018

eq

,

O

N

2

eq

,

NO

4

2

2

p

p

Kp

=

eq

,

O

N

2

eq

,

NO

4

2

2

p

p

13. Transformaciones qumicas

14. Termoqumica

15. Cintica qumica

Transformacin de los

reactivos en el tiempo. Definicin de la velocidad de reaccin.

Grficos de concentracin

versus tiempo. Determinacin grfica de la velocidad

instantnea.

Ley de velocidad. Orden de reaccin.

Reacciones elementales y complejas

. Efecto de

la temperatura en la velocidad de reaccin. Catalizadores.

16. Equilibrio

Estado de equilibrio de un sistema. Equilibrio trmico, mecnico y material.

Descripcin macroscpica y microscpica.

Equilibrio qumico. La constante de equilibrio: Kc, Kp y K. Relacin con la cintica de

la reaccin.

Equilibrios heterogneos.

Influencia del agregado o remocin de reactivos o productos sobre el sistema en

equilibrio. Efecto de la temperatura.

Bibliografa

Atkins, P., Qumica.

Brown, T., LeMay, H., Bursten, B., Qumica, la ciencia central.

Chang, R., Qumica.

Pauling, L., Qumica.

Mahan, B., Qumica, curso universitario.