Equilibrio Químico I. Química General e Inorgánica 4 de abril de Prof. Dra. Marisa G. Repetto

Transcripción

1 Equilibrio Químico I Química General e Inorgánica 4 de abril de 2016 Prof. Dra. Marisa G. Repetto

2 Reacción química A B Moléculas Moléculas

3 A + B AB 100 A A + B AB Concentración (M) B Reacción completa A + B AB Tiempo (min) AB A B AB Concentración (M) A B Reacción reversible A + B AB AB A B AB Concentración (M) B Reacción reversible A + B AB A AB A B AB Tiempo (min) Tiempo (min)

4 A B Equilibrio químico

5 I 2 + H 2 2 HI A + B AB AB A + B A + B 2 AB

6 A + B AB 100 A A + B AB Concentración (M) B Reacción completa A + B AB Tiempo (min) AB A B AB Concentración (M) A B Reacción reversible A + B AB AB A B AB Concentración (M) B Reacción reversible A + B AB A AB A B AB Tiempo (min) Tiempo (min)

7 Equilibrio químico Es un estado en el que no se observan cambios apreciables durante el tiempo transcurrido, sin embargo a nivel molecular los reactivos siguen formando productos, y éstos a su vez reaccionan para formar reactivos. En el equilibrio las concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes

8 Equilibrio químico Punto de vista cinético Punto de vista termodinámico

9 Equilibrio químico HC 2 H 3 O 2 (ac) H 3 O + (ac) + C 2 H 3 O 2 - (ac) k HC 2 H 3 O 2 (ac) H 3 O + (ac) + C 2 H 3 O 2 - H 3 O + (ac) + C 2 H 3 O 2 k HC 2 H 3 O 2 (ac) k HC 2 H 3 O 2 (ac) H 3 O + (ac) + C 2 H 3 O - 2 k Equilibrio dinámico

10 Punto de vista cinético V = k [ HC 2 H 3 O 2 ] V = k [H 3 O + ] [ C 2 H 3 O 2 ] En el equilibrio V = V k [ HC 2 H 3 O 2 ] k [H 3 O + ] [ C 2 H 3 O = 2 ] k k = [H 3 O + ] [ C 2 H 3 O 2 ] [ HC 2 H 3 O 2 ] = K

11 Reactivos Equilibrio dinámico Se establece cuando se igualan las velocidades de los cambios que ocurren en reacciones químicas opuestas. Equilibrio Productos

12 Constante de equilibrio K se define a una temperatura dada, las concentraciones se expresan en molaridad

13 Constantes de equilibrio

14 Constantes de equilibrio Constantes de formación en agua a 25 C

15 Cambios en la concentración de N 2 O 4 y NO 2 Tiempo (min) Tiempo (min) Tiempo (min)

16 Constantes de equilibrio N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) Kc = [NO 2 ] 2 [N 2 O 4 ] Kp = P 2 NO 2 P N 2 O 4 HC 2 H 3 O 2 (ac) H 3 O + (ac) + C 2 H 3 O 2 - Kc = [C 2 H 3 O 2 - ] [H 3 O + ] [HC 2 H 3 O 2 ]

17

18

19 N 2 ( g) + 3 H 2 (g) v 1 2 NH 3 (g) v 2 2 NH 3 (g) N 2 ( g) + 3 H 2 (g) N 2 ( g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) v 1 = v 2 K = [NH 3 ] 2 [N 2 ] [H 2 ] 3

20 Punto de vista cinético N 2 ( g) + 3 H 2 (g) Equilibrio dinámico 2 NH 3 (g) H 2 reactivo H 2 producto N 2 reactivo NH 3 reactivo Tiempo NH 3 producto Tiempo N 2 producto

21 Punto de vista cinético Equilibrio dinámico N 2 ( g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) Reacción directa Reacción inversa K = [NH 3 ] 2 [N 2 ] [H 2 ] 3 Tiempo

22 Información que proporciona la constante de equilibrio * Predicción de la dirección de una reacción * Cálculo de las concentraciones en el equilibrio El valor de K indica la proporción de productos y reactivos en equilibrio. Indica si el equilibrio está desplazado hacia los reactivos o hacia los productos

23 * Predicción de la dirección de una reacción Lenta K pequeña Rápida K grande Rápida K grande Lenta K pequeña

24 Información que proporciona la constante de equilibrio * Cálculo de las concentraciones en el equilibrio

25 A mayor valor de K, mayor proporción de productos respecto a reactivos. Más desplazada la reacción en equilibrio hacia los productos.

26 Balance de concentraciones en el A + B 2C I 2 + H 2 2 HI equilibrio Al inicio de la reacción: Cº A y Cº B : concentraciones iniciales de A y B Cº C = 0 En el equilibrio: C A eq = Cº A - x C B eq = Cº B - x C C eq = Cº C + 2x K c [A] [C] eq 2 eq [B] eq [c o A [c 2 2x] o x] [c o C B x]

27 Balance de concentraciones en el equilibrio A + 2 B 4 C + 5 D Al inicio de la reacción: Cº A y Cº B : concentraciones iniciales de A y B Cº C y Cº D = 0 En el equilibrio: C A eq = Cº A - x C B eq = Cº B - 2x C C eq = Cº C + 4x C D eq = Cº D + 5x K c (C) (A) 4 eq eq (D) (B) 5 eq 2 eq (c 4 4x) (c (c x) (c o C o A o D o B 5x) 2 2x) 5

28 Tipos de equilibrio Los equilibrios se pueden clasificar en: Equilibrios homogéneos Equilibrios heterogéneos

29 Equilibrio homogéneo Todas las especies reaccionantes se encuentran en la misma fase. N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Equilibrio heterogéneo Todas las especies reaccionantes se encuentran en distinta fase. Benceno líquido y sólido en equilibrio

30 Equilibrios homogéneos a. Equilibrio químico en fase gaseosa, líquida o sólida. N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) b. Equilibrio ácido-base: Equilibrio entre especies ácidas y básicas en solución acuosa. c. Equilibrio de estabilidad de un complejo: Ag + (ac) + 2 NH 3 (ac) [Ag(NH 3 ) 2 ] + (ac)

31 Equilibrio homogéneo Reacción reversible N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g)

32 Equilibrio heterogéneos a- Equilibrio de fases: Equilibrio líquido-vapor; sólidovapor; sólido-líquido (diagrama de fases del agua). b. Equilibrio de partición: Cuando un soluto se reparte entre dos líquidos no miscibles en contacto (ejemplo: Iodo en agua/cloroformo). c. Equilibrio de solubilidad: Equilibrio entre un soluto disuelto y una sal sólida (solución saturada).

33 Equilibrio heterogéneos Participan sustancias que están en fases distintas CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) BaSO 4 (s) Ba 2+ + SO 4 2- Sólido: compuesto iónico, electrolito fuerte, produce iones en solución al disolverse.

34 Equilibrio heterogéneo CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) Kp = P CO 2 Kc = [CO 2 ]

35 Agua líquida en equilibrio con su vapor H 2 O (l) H 2 O (g) Equilibrio dinámico asociado a la vaporización de un líquido: Equilibrio físico

36 Equilibrio químico heterogéneo Equilibrio de solubilidad: Equilibrio entre un soluto disuelto y una sal sólida (solución saturada). Una solución saturada representa un equilibrio dinámico. Se puede definir una constante de equilibrio para el proceso de disolución de electrolitos fuertes poco solubles.

37 Equilibrio de precipitación Pb I - PbI 2 Pb(NO 3 ) KI PbI KNO 3 PbI 2 Pb I -

38 Equilibrio de disolución y precipitación Disolución de esmalte dental en soluciones ácidas que causan caries dental. Precipitación de iones en el riñón (cálculos renales) Precipitación de CaCO 3 de H 2 O subterráneas

39 BIBLIOGRAFÍA Chang R. Química. 9 na edición. Ed Mc. Graw Hill Umland J.B., Bellama J.M. Química General. 3 ra edición. Ed. International Thomson Atkins P.W., Jones L. Química. 3 ra edición. Ed Omega Whitten K.W., Davis R.E., Peck M.L. Química General. 5 ta edición. Ed. Mc. Graw Hill mrepetto@ffyb.uba.ar