Equilibrio químico

Equilibrio: es un estado en el cual no se observan cambios a medida que transcurre el tiempo.

Equilibrio químico, se alcanza cuando:

• Los reactivos se transforman en productos con la misma velocidad que los productos vuelven a transformarse en reactivos.

• La concentración de los reactivos y productos permanecen constantes.

Equilibrio físico

H2O (l)

Equilibrio químico

N2O4 (g)

H2O (g)

2NO2 (g)

N2O4 (g) 2NO2 (g)

= 4.63 x 10-3K = [NO2]2

[N2O4]

aA + bB cC + dD

K = [C]c[D]d

[A]a[B]b

Ley de acción de masas

Si K >> 1 se favorece la formación de productos

Si K << 1 se favorece la formación de reactivos

Se puede concluir:

K = [C]c[D]d

[A]a[B]baA + bB cC + dD

Equilibrio homogéneo se aplica a las reacciones donde todas las especies reaccionantes se encuentran en la misma fase.

N2O4 (g) 2NO2 (g)

Kc = [NO2]2

[N2O4]Kp =

NO2P2

N2O4P

aA (g) + bB (g) cC (g) + dD (g)

Kp = Kc(RT)n

n = moles de productos gaseosos – moles de reactantes gaseosos

= (c + d) – (a + b)

En la mayoría de los casos:

Kc Kp

Equilibrio homogéneo

CH3COOH (ac) + H2O (l) CH3COO- (ac) + H3O+ (ac)

Kc =‘[CH3COO-][H3O+][CH3COOH][H2O]

[H2O] = constante

Kc = [CH3COO-][H3O+]

[CH3COOH]= Kc [H2O]‘

La constante de equilibrio es adimensional

Equilibrio heterogéneo: se aplica a las reacciones donde los reactantes y los productos están en diferentes fases.

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

Kc =‘[CaO][CO2]

[CaCO3][CaCO3] = constante[CaO] = constante

Kc = [CO2] = Kc x‘[CaCO3][CaO]

Kp = PCO2

La concentración de sólidos y líquidos puros no se considera en la expresión para la constante de equilibrio.

Expresiones de constante de equilibrio

1. Las concentraciones de las especies en reacción en la fase condensada se expresan en Moles. En la fase gaseosa, las concentraciones pueden ser expresadas en Moles o en atm.

2. Las concentraciones de los sólidos puros, líquidos puros y solventes no aparecen en las expresiones de constante de equilibrio.

3. La constante de equilibrio es una cantidad sin dimensiones.

4. Al calcular el valor de la constante de equilibrio, se debe especificar la ecuación balanceada y la temperatura.

5. Si una reacción puede ser expresada como la suma de dos o más reacciones, la constante de equilibrio para toda la reacción está determinada por el producto de las constantes de equilibrio de cada una de las reacciones.

Cinética química y equilibrio químico

A + 2B AB2

kf

kr

velocidadf = kf [A][B]2

velocidadr = kr [AB2]

Equilibriovelocidadf = velocidadr

kf [A][B]2 = kr [AB2]

kf

kr

[AB2]

[A][B]2= Kc =

Si una perturbación externa se aplica a un sistema en equilibrio, el sistema se ajusta en cierta forma para que la perturbación se contrarreste parcialmente y el sistema pueda alcanzar una nueva posición de equilibrio.

Principio de Le Châtelier

• Cambios en la concentración

N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)

Se añadeNH3

El equilibrio se desplaza

hacia la izquierda

para disminuir el

cambio

Principio de Le Châtelier

• Cambios en la concentración

CambioDesplazamiento del

equilibrio

Aumenta la concentración de producto(s) izquierda

Decrece la concentración de producto(s) derecha

Decrece la concentración de reactante(s)

Aumenta la concentración de reactante(s) derecha

izquierda

aA + bB cC + dD

AñadirAñadirQuitar Quitar

Principio de Le Châtelier

• Cambios en volumen y presión

A (g) + B (g) C (g)

CambioDesplazamiento del

equilibrio

Aumenta la presión Al lado con menos moles de gas

Disminuye la presión Al lado con más moles de gas

Disminuye el volumen

Aumenta el volumen Al lado con más moles de gas

Al lado con menos moles de gas

14.5

Principio de Le Châtelier

• Cambios en la temperatura

Cambio Rx Exotérmico

Aumenta la temperatura K decrece

Disminuye la temperatura K aumenta

Rx Endotérmico

K aumenta

K decrece

frío caliente

Sin catalizador Con catalizador

Un catalizador baja Ea para ambas reacciones.

Un catalizador no cambia la constante de equilibrio o mueve el equilibrio.

• Añadiendo un catalizador• no cambia el valor de K• no cambia la posición de un sistema en equilibrio• el sistema alcanzará más rápido el equilibrio

Principio de Le Châtelier

Principio de Le Châtelier

CambioDesplazamiento del

equilibrioCambio en la constante

de equilibrio

Concentración sí no

Presión sí no

Volumen sí no

Temperatura sí sí

Con catalizador no no