Tema 5 El equilibrio en las reacciones químicas

1. Tema 5 El equilibrio en lasreacciones químicas

2. Tema 2 Estequiometría Tema 3 Termoquímica Tema 4 Espontaneidad ¿Cuánto se produce? ¿Cuánto reacciona? ¿Desprende o absorbe calor? ¿Cuánto calor? ¿Por qué se produce? ¿En qué dirección? Tema 5 Equilibrio Tema 11 Cinética Reacciones químicas ¿Cuándo se alcanza? ¿Cómo modificarlo? ¿Cómo de rápido va? ¿Cómo acelerarla? Tipos Tema 8: Eq. ácido-base Tema 9: Eq. solubilidad Tema 6 Eq. de fases Tema 7 Disoluciones Tema 10: Eq. redox

3. Mecánico Térmico • Gases • Sólid/líquidos • En disolución Equilibrio químico Material Equilibrio de fases Equilibrios

4. CONTENIDO 1.- Aspectos básicos del equilibrio químico. 2.- Condición general del equilibrio químico. 3.- Equilibrio químico en sistemas gaseosos ideales. 4.- Equilibrios heterogéneos. 5.- Variación de la constante de equilibrio con la temperatura. 6.- Respuesta del equilibrio a un cambio de condiciones. Principio de Le Châtelier.

5. 1.1. Perspectiva cualitativa. 1.2. Perspectiva cuantitativa. Ley de acción de masas aA + bB «cC + dD 1 ASPECTOS BÁSICOS DEL EQUILIBRIOQUÍMICO. Estado de equilibrio: estado en que la composición del sistema permanece fija. • Equilibrio dinámico. • Los sistemas evolucionan espontáneamente hacia un estado de equilibrio. • Las propiedades del estado de equilibrio son las mismas, independientemente de la dirección desde la que se alcanza.

6. A P y T constantes, el sentido del cambio espontáneo es el sentidode la disminución de G. Proceso espontáneo: DG < 0 [Tema 4] Inicio: DG < 0 Equilibrio: DG = 0 [Tema 4] 2 CONDICIÓN GENERAL DELEQUILIBRIO QUÍMICO.

7. Para una mezcla de gases ideales: [Levine, pg 175-177] Q : Cociente de reacción 3 EQUILIBRIO QUÍMICO EN SISTEMASGASEOSOS IDEALES. EQUILIBRIO HOMOGÉNEO Isoterma de reacción

8. Cuando lleguemos al equilibrio: DG = 0 Constante de equilibriotermodinámica(adimensional) Kpº

9. Consecuencias: • Si DGº >> 0 ; Kpº << 1 : poca tendencia r ®p • Si DGº << 0 ; Kpº >> 1 : mucha tendencia r ®p • Kpº > 0 y depende de DGº • DGº sólo depende de T; Kpº también. • Disponemos de dos formas de determinar Kpº

10. ¿Hacia dónde evoluciona la reacción? • Si Q < Kpº DG < 0 r ®p espontánea • Si Q > Kpº DG > 0 r ®p no espontánea • (p ®r espontánea) • Si Q = Kpº DG = 0 Equilibrio

11. Kp (dimensional) (Pº)-Dn Kp = Kc (RT)Dn Otras expresiones de la constante de equilibrio En función de las concentraciones: [Petrucci, pg 635] Si Dn = 0 Kpº = Kp = Kc

12. Aquéllos en los que las sustancias están en fases distintas p.ej.: CaCO3 (s) « CaO (s) + CO2 (g) La situación de equilibrio no se ve afectada por la cantidad desólido o líquido, siempre y cuando estas sustancias estén presentes. La constante de equilibrio es independiente de las cantidadesde sólidos y líquidos en el equilibrio. Kc = [CO2] CaCO3 (s) « CaO (s) + CO2 (g) 4 EQUILIBRIOS HETEROGÉNEOS.

13. ¿Cómo podemos modificar la situación de equilibrio? Q = Kpº 1 2 Cambiando la constante de equilibrio Cambiando Q 5 VARIACIÓN DE LA CONSTANTE DEEQUILIBRIO CON LA TEMPERATURA.

14. Cambiando la constante de equilibrio 1 Cambiando la temperatura Ecuación de van’t Hoff

15. 1901 Primer premio Nobelde Química “En reconocimiento a los extraodinarios servicios que haprestado con el descubrimiento de las leyes de la dinámicaquímica y la presión osmótica en disoluciones”. Jacobus Henricus van’t Hoff (1852-1911) Si DHº = cte [http://nobelprize.org/chemistry/laureates/1901/index.html] Ecuación integradade van’t Hoff

16. Tomemos T2 > T1 a) Si DHº > 0 (endotérmica) Consecuencias: T ­Kpº ­ Al aumentar T se favorece la formación de productos.Se desplaza hacia la derecha.

17. Consecuencias: Tomemos T2 > T1 b) Si DHº < 0 (exotérmica) T ­Kpº ¯ Al aumentar T se favorece la formación de reactivos.Se desplaza hacia la izquierda.

18. Consecuencias: Tomemos T2 > T1 La constante de equilibrio no cambia con T c) Si DHº = 0

19. 2 Cambiando Q RESPUESTA DEL EQUILIBRIO A UNCAMBIO DE CONDICIONES.PRINCIPIO DE LE CHÂTELIER. 6 ¿Cómo podemos modificar la situación de equilibrio? Cambiando el resto de factores (moles de reactivos, productos, P, V,...)

20. “Si un sistema químico que está enequilibrio se somete a una perturbaciónque cambie cualquiera de las variablesque determina el estado de equilibrio,el sistema evolucionará para contrarrestarel efecto de la perturbación”. Henri Louis Le Châtelier (1850-1936) Principio de Le Châtelier

21. Si DHº > 0 (endotérmica): T ­Þse desplazará a la derecha • Si DHº < 0 (exotérmica): T ­Þse desplazará a la izquierda 6.1. Efecto de un cambio de temperatura (a P cte) 6.2. Efecto de la adición/sustracción de moles de reactivos o productos gaseosos (a T y V ctes) • Si agrego productos: Q > Kc Þse desplazará a la izquierda • Si agrego reactivos: Q < Kc Þse desplazará a la derecha

22. 6.3. Efecto de un cambio de volumen (a T cte) La disminución de V conlleva que la concentración total demoléculas aumente. El sistema tenderá a reducirla. ß Se desplaza hacia donde haya un menor número de moles gaseosos 6.4. Efecto de la presión total (a T cte) Un aumento de P tiene el mismo efecto que una disminución de V ß Se desplaza hacia donde haya un menor número de moles gaseosos

23. No altera el equilibrio 6.5. Adición de un gas inerte (a T y V ctes) 6.6. Adición de un catalizador No afecta al equilibrio 6.7. Adición de un reactivo/producto sólido o líquido No altera el equilibrio