EQUILIBRIO QUÍMICO. Constante de equilibrio K C

Transcripción

1 EQUILIBRIO QUÍMIO Un e ls pliiones más importntes e l termoinámi son ls reiones químis en equilibrio. En ls reiones que trnsurren, presión y tempertur onstnte, si G sistem kj / mol, el proeso es reversible y, se ie, que l reión iret y l invers se están relizno en oniiones e equilibrio químio. En ests oniiones ls trnsformiones químis, iret e invers, se prouen l mism veloi, e tl form que l nti e sustni e espeie no vrí on el tiempo y el proeso químio se ie que está en equilibrio. L termoinámi nos permite preeir en un reión en equilibrio ls presiones o ls onentriones e ls mezls. Ls reiones químis trnsurren hi un equilibrio inámio en l que los retivos y los proutos están presentes, pero no tienen teneni sufrir mbios netos. vees en l mezl en equilibrio l onentrión e los proutos es muho myor que l onentrión e los retivos que no se hn trnsformo, y efetos prátios eimos que l reión está omplet. Sin embrgo, en muhos sos importntes l mezl en equilibrio tiene uns onentriones lts e retivos y e proutos. Vmos nlizr ómo l termoinámi se us pr preeir l omposiión e equilibrio bjo uns etermins oniiones. Too esto es muy importnte. or ejemplo, en un proeso inustril es muy importnte obtener el máximo renimiento por lo que hy que onoer si se onsigue umentno o isminuyeno l tempertur o l presión. Tmbién poemos estr interesos en onoer el mino, que l omi que ingerimos, sigue en l serie ompli e reiones bioquímis que tienen lugr en el lentmiento el uerpo, o pr esrrollr l poteni musulr o en l energí el sistem nervioso. onstnte e equilibrio Nos vmos referir equilibrios homogéneos, es eir, quellos en los que tos ls espeies químis presentes se enuentrn en l mism fse (gses o isoluiones líquis). Si expresmos el equilibrio e l form: bb D un tempertur existe un relión onstnte entre ls onentriones e ls sustnis en el equilibrio, llm onstnte e equilibrio: [ ] (ley e ión e mss) b L ini que est onstnte es funión e ls onentriones. Los exponentes oinien on los oefiientes estequiométrios e ls sustnis en l reión just. oiente e reión Si plimos l ley e ión e mss un reión que no h onseguio el equilibrio: bb D Se obtiene el siguiente oefiiente: [ ] Q b 1

2 Este se obtiene on ls onentriones fuer el esto e equilibrio, y nos sirve pr ver l evoluión que v tener lugr: 1) Q <. El sistem no está en equilibrio. L relión proutos/retivos es menor que l que existe en el equilibrio. r onseguirse el equilibrio hn e onsumirse retivos y formrse proutos (l reión se esplz hi l ereh). ) Q >. El sistem no está en equilibrio. L relión proutos/retivos es myor que l que existe en el equilibrio. r onseguirse el equilibrio hn e onsumirse 3) Q. proutos y formrse retivos (l reión se esplz hi l izquier). El sistem se enuentr en equilibrio. onstnte e equilibrio En el so e gses en equilibrio es útil introuir un nuev onstnte, que expres el equilibrio en funión e ls presiones priles e los gses e l mezl. Es l llm : (g) bb (g) (g) D (g) D b B l igul que ourre on, el vlor e : 1) Es rterístio e equilibrio, pero epene e los oefiientes estequiométrios e l euión. ) Vrí on l tempertur. 3) Es inepeniente e ls nties iniiles e retivos y proutos. Relión entre y Si onsiermos que los gses son ieles, poemos relionrlos trvés e l euión: n V RT RT ([ ] RT ) ([ RT ) [ ] ( b) ( RT ) b b ( RT ) ([ RT ) ( RT ) n ( RT ) n En el so e ser n, entones. Energí libre y onstnte e equilibrio En termoquími vimos que el vlor e G nos permite preeir si un sistem v evoluionr o no en un etermino sentio. L energí libre se relion on l energí libre estánr por: G G RT lnq

3 En el equilibrio G kj/mol, sieno Q ( es o ): G RT ln e G RT 1) uno G < kj/mol > > 1. L reión se esplz hi l ereh (formión e proutos). ) uno G > kj/mol > < 1. L reión se esplz hi l izquier (formión e retivos). Ftores que fetn l equilibrio químio El prinipio e Le htelier espeifi los ftores que fetn l equilibrio químio y e qué form: uno un sistem químio está en equilibrio y se somete un perturbión, tles omo lterr l tempertur o l presión totl el sistem o l omposiión e lguno e los omponentes, el sistem siempre se opone l perturbión minimizno sus efetos. Efeto e l tempertur. Si se lter l tempertur e un sistem químio, en equilibrio, el sistem se opone esplzno el equilibrio químio en el sentio en que se prouz el efeto ontrrio e l lterión. or ejemplo, si umentmos l tempertur el sistem químio, en equilibrio, éste se esplz pr bjrl. Esto lo he el sistem esplzánose en el sentio e l reión enotérmi. Y hemos iho que, un mbio e l tempertur e un sistem químio en equilibrio, fet l propio equilibrio, porque lo esplz en un sentio. ero emás se lter el propio vlor e l onstnte e equilibrio: G H T S RT ln ln 1 H R 1 T 1 T1 (Euión e Vn t Hoff) Efeto e l presión. L presión no fet l vlor e l onstnte e equilibrio, pero sí puee fetr l propio equilibrio químio. Si se ument l presión e too el sistem, éste respone oponiénose y, por tnto, tiene isminuirl. Es eir, el equilibrio químio se esplz hi one isminuy el número e moles gseosos y sí isminuir l presión. De tl form que, l bo e un tiempo el equilibrio nuevo se lnz uno se lne el vlor e l onstnte e equilibrio que orrespon l tempertur espeifi. Efeto el volumen. Si isminuye este, el sistem evoluionrá en el sentio en que isminuy el número e prtíuls en esto gseoso. Y vievers. Efeto e l onentrión. L vriión e l onentrión e un e ls espeies no fet l vlor e l onstnte e equilibrio, pero sí puee fetr l propio equilibrio químio. Si se lter l onentrión e un e ls espeies en equilibrio químio, retnte o prouto, el sistem se esplz oponiénose ih lterión. or ejemplo, si umentmos l onentrión e un espeie, el equilibrio se esplz en el sentio en que isminuy l onentrión e ih espeie. Si isminuimos l onentrión e un espeie, el equilibrio químio se esplz en el sentio e l formión e es espeie. De tl form que, l bo e un tiempo el nuevo equilibrio se lnz uno se lne el vlor e l onstnte e equilibrio que orrespon l tempertur espeifi. 3

4 Equilibrio e solubili Un isoluión stur es quell en l que el soluto isuelto y el soluto sin isolver están en equilibrio inámio. Un isoluión stur es otro ejemplo e un equilibrio inámio, es eir, en el que el proeso ireto y el inverso trnsurren l mism veloi. En este so, el soluto se isuelve l mism veloi que retorn l sólio. Un isoluión stur es un isoluión en l que l isoluión e un soluto y su preipitión están en equilibrio inámio: gl (s) gl ( Se efine l solubili e un sustni omo su onentrión en l isoluión stur. L solubili epene el isolvente, e l tempertur y e l presión (en gses). lguns sustnis, son solubles en gu, otrs son poo solubles y otrs son insolubles. Ls isoluiones sturs se ltern on los mbios en sus oniiones y que están en equilibrio inámio. or ejemplo, uno e los mbios más signifitivos es l moifiión el ph e l isoluión por l iión e un áio o e un bse. Otro mbio, es l moifiión e l onentrión e lguno e los iones, que se enomin el efeto e un ion omún. r estuir el equilibrio e solubili e un sl, lo vmos her on sles muy poo solubles, y que ls isoluiones e ests sles son muy iluis, por tnto no tenremos en uent ls interiones entre los iones e l isoluión, unque ést se enuentre stur. Si tenemos un pequeño volumen e un isoluión e iones plt g ( (proeentes e un isoluión e l sl gno 3 ), y lo ñimos un isoluión que ontiene iones loruro l - ( (que proen e un isoluión e l sl Nl), se observ que l mezlrls pree un fse sóli y se proue inmeitmente un preipito. El preipito formo, que es e l sl loruro e plt, estblee rápimente un equilibrio inámio heterogéneo on sus iones en l isoluión. El gl es un ejemplo e sl muy poo soluble en gu. El equilibrio lo poemos esribir espeifino l reión e equilibrio, l onstnte e equilibrio y l onstnte e solubili: gl (s) g ( l - ( [ g( ] l( [ gl ] ( s) ] S S q [ g( ] l( ) ] omo l onentrión molr reltiv e un sólio puro es 1, l oniión pr el equilibrio puee expresrse en términos e onstnte e solubili. Ls onstntes e solubili se pueen obtener iretmente prtir e l solubili molr, s, e un ompuesto. L solubili molr e un ompuesto es l onentrión molr el ompuesto en l isoluión stur. Luego l onstnte e solubili se obtiene: S g( ] l( ] [ s r sber si se proue o no preipito, poemos tener tres sos: 1) Si Q S < s l isoluión resultnte no h llego l sturión y no hbrá preipito. ) Si Q S s l isoluión resultnte está stur y no hy preipito. 3) Si Q S > s l isoluión resultnte está sobrestur y ourre l preipitión. 4

5 L solubili e un sl, en un isoluión, es un fenómeno e equilibrio inámio entre l sl en l fse sóli y los iones en l isoluión. or tnto, l solubili e un sl se verá fet por los ftores que feten l propio equilibrio e solubili. Los ftores que fetn l solubili son: ) L tempertur. Los gses son menos solubles uno se ument l tempertur. or el ontrrio, muhos sólios iónios y moleulres son más solubles en gu tempertur lt que bj. En generl, plimos el prinipio e Le htelier. b) L onentrión e lgún ion omún los iones e l sl. uno un sl soluble, tiene un ion en omún, on otr sl muy poo soluble y que tmbién está presente en l isoluión, se omprueb que l solubili e l sl muy poo soluble se reue. ) El ph e l isoluión. Lo veremos en el siguiente tem. 5