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QuímicaQuímica20122012

ClaseClase Nº 15Nº 15Equilibrio Químico

Profesor: Antonio Huamán

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EQUILIBRIO QUÍMICO

El equilibrio químico es un estado en el que no se observan cambios visibles en el sistema. Sin embargo, a nivel molecular existe una gran actividad debido a que las moléculas de reactantes siguen produciendo moléculas de productos, y estas a su vez siguen formando moléculas de productos.

El equilibrio químico es el estado alcanzado en una reacción reversible en que la velocidad de la reacción a la derecha, VD es igual a la velocidad de la reacción a la izquierda, VI .

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EJEMPLO: SEA LA REACCIÓN: H2 + I2 ⇌2HI

A medida que pasa el tiempo, el H2 y el I2 reaccionan hasta formar HI según VD , por ser una reacción reversible el HI se transforma a H2 y I2 según VI.

Cuando VD = VI se dice que el sistema alcanza el equilibrio, por lo tanto las propiedades macroscópicas como la temperatura, concentración, densidad, presión, etc. permanecen constante.

Iodo (I2)

Hidrógeno (H2)

Yoduro de hidrógeno (HI)

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VARIACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN CON EL TIEMPO

Equilibrio químico

Con

cent

raci

ones

(m

ol/l

)

Tiempo (s)

[HI]

[I2]

[H2]

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CARACTERÍSTICAS DEL EQUILIBRIO QUÍMICO

A nivel macroscópico, el equilibrio es estático, debido a que las propiedades (presión, temperatura, calor de reacción, etc.) permanecen inalterables.

A nivel molecular, el equilibrio es dinámico, debido a que la velocidad directa (VD) e inversa (VI ) son iguales.

El equilibrio es espontaneo, es decir se da en un tiempo finito sin la influencia de factores externos.

El equilibrio conserva sus propiedades y la naturaleza de las sustancias en cualquier sentido

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CONSTANTE DE EQUILIBRIO (KC)

El estado de equilibrio de una reacción química, a una temperatura dada, se define en términos de la composición de la mezcla en equilibrio mediante la denominada Constante de Equilibrio.

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Ejemplo: Escribir las expresiones de KC para los siguientes equilibrios químicos:

H2(g) + I2(g) 2HI⇌ (g)

2SO2(g) + O2(g) 2SO⇌ 3(g)

N2O4(g) 2NO⇌ 2(g)

2NH3(g) N⇌ 2(g) + 3H2(g)

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CONSTANTE DE EQUILIBRIO (KP)

En las reacciones en que intervengan gases es mas sencillo medir presiones parciales que concentraciones, en este caso la constante de equilibrio la designaremos por Kp.

Sea la reacción reversible: a A(g) + b B(g) ⇌ c C(g) + d D(g)

Se define:

bB

aA

dD

cc

pPP

PPK

Ejemplo: Escribir las expresiones de KP para los siguientes equilibrios químicos:

N2(g) + H2(g) NH⇌ 3(g)

PCl5(g) PCl⇌ 3(g) + Cl2(g)

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RELACION ENTRE KP y KC

( ) nP CK K RT

En general la relación entre Kc y Kp es:

∆n= variación de moles ∆n= (c+d) – (a+b) R= 0,082 atm.L / mol.K T= temperatura absoluta (K)

Ejemplo: Ejemplo: Para el siguiente sistema se ha evaluado que KP=3x1024 a 25°C. 2SO2(g) + O2(g) 2SO⇌ 3(g)

Se pide calcular el valor de KC a la misma temperatura.

Solución:Solución:

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TIPOS DE EQUILIBRIO

EQUILIBRIO HOMOGÉNEO

Son aquellos sistemas donde los reactantes y productos se encuentran en una misma fase o en un mismo estado físico

Ejemplo

1N2(g) + 3H2(g) 2NH⇌ 3(g)

EQUILIBRIO HETEROGÉNEO

Son sistemas donde las sustancias se encuentran en más de una fase o más de un estado físico

Ejemplo

CaCO3(s) + calor CaO⇌ (s) + CO2(g)

OBS: En equilibrios heterogéneos, la concentración de sólidos y líquidos es: [sólido] = 1 , [líquido] = 1

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Factores que afectan a la posición del equilibrio

Principio de Le Chatelier:

Si un sistema químico en equilibrio es perturbado por un cambio en la concentración, presión o temperatura, el sistema se desplazara, si es posible, para contrarrestar parcialmente el cambio y alcanzar de nuevo el equilibrio. Tipos de cambios a considerar:

- Cambios en la concentración. - Cambios en la presión - Cambios de temperatura. - Introducción de catalizadores.

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Cambios en la concentraciónUn aumento de la concentración de uno de los reactivos, hace que el equilibrio se desplace hacia la formación de productos, y a la inversa en el caso de que se disminuya dicha concentración. Y un aumento en la concentración de los productos hace que el equilibrio se desplace hacia la formación de reactivos, y viceversa en el caso de que se disminuya

Ejemplo: Ejemplo: (UNMSM-2005-II) ¿Qué cambio se produce en el equilibrio: N2 + 3H2 2NH⇌ 3, cuando se adiciona N2? 

A. El equilibrio se desplaza a la derechaB. Aumenta la concentración de H2

C. Disminuye la concentración de NH3

D. El equilibrio no se ve afectadoE. El equilibrio se desplaza a la izquierda

Solución:Solución:

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Cambios de presión o volumenLa variación de la presión en un equilibrio, sólo influye cuando intervienen sustancias en estado gaseoso y se verifica una variación en el número de moles entre reactivos y productos. Si aumenta la presión se desplazará hacia donde existan menor número de moles gaseosos, para así contrarrestar el efecto de disminución de volumen. En cambio, si se disminuye la presión, se favorecerá la reacción en la que los productos ocupen un volumen mayor que los reactivos

Ejemplo: Ejemplo: Para el siguiente equilibrio: PCl5(g) Cl⇌ 2(g) + PCl3(g), en qué sentido se desvía el equilibrio cuando seI.Disminuye la presiónII.Incrementa la concentración de cloroIII.Disminuye la concentración de PCl5

Solución:Solución:

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Cambios en la temperaturaSe observa que, al aumentar temperatura el sistema se desplaza hacia donde se consuma calor, es decir, hacia la izquierda en las reacciones exotérmicas y hacia la derecha en las endotérmicas.Si disminuye la temperatura el sistema se desplaza hacia donde se desprenda calor (derecha en las exotérmicas e izquierda en las endotérmicas).

Ejemplo: Ejemplo: Para el sistema en equilibrio: C(s) + O2(g) CO⇌ (g) + calor, indique el sentido de desplazamiento del equilibrio para los casos que seI.Aumente la [O2]II.Aumente la presiónIII.Aumente el volumenIV.Disminuye la temperatura del sistema

Solución:Solución:

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Introducción de un catalizador

Un catalizador cambia la velocidad de una reacción, pero no desvía el

equilibrio hacia los productos ni hacia los reactivos.Afecta igualmente a la energía de activación de la reacción directa y a la de la inversa y por ello, lo único que hace es que el equilibrio se alcanza con mayor rapidez

Ejemplo:Ejemplo:Para el sistema en equilibrio aplicando el Principio de LeChatelier, marque la alternativa que conduce al aumento de la concentración de amoniaco. N2(g) + H2(g) NH⇌ 3(g) + Q A.Disminuir la concentración de hidrógeno.B.Reducir la presión.C.Calentar el sistema.D.Adicionar un catalizador.E.Aumentar la concentración de nitrógeno.

Solución:Solución: