Tema 2. El equilibrio en las Reacciones Químicas

Transcripción

1 Tem. El ulbro en ls eccones Químcs *El potencl químco *ondcón generl de ulbro químco *L onstnte de Equlbro. Expresones pr l onstnte de Equlbro *Fctores que fectn l ulbro *Equlbros en Sstems Heterogéneos *Equlbros Acdo-Bse 1- El potencl químco Supongmos un sstem formdo por un mezcl de dos sustncs 1 y. L energí lbre se puede expresr como: G μ 1 n 1 μ n n es el número de moles de cd componente A μ se le denomn potencl químco del componente en el sstem, es un mgntud ntensv que ndc el desplzmento espontáneo de l mter (de μ ltos μ bjos Pr un sustnc pur G μ n El potencl químco es entonces un energí lbre molr μ G / n En generl, el potencl químco de un mezcl se defne como un energí lbre molr prcl G μ n P,T,n j El potencl químco de un sustnc se puede expresr como: μ μ μ Tln es el potencl químco en condcones estándr es l ctvdd de l sustnc. Pr sstems deles es l concentrcón reltv ls condcones estándr P * Gses deles μ μ Tln P * Dsolucones deles μ μ Tln P 1 br~1tm 1 M 1

2 μ μº T ln(p/pº μ μ (puro P T TlnX B(g (g En un mezcl de gses deles (Dlton: P P T X μ μ º Tln(P /Pº μ º Tln(P T X /Pº μ º Tln(P T /Pº TlnX μ (puro P T TlnX P, T P, T omo X (frccón molr < 1: μ en l mezcl es menor que en el gs puro μ μ º μ μ º TlnX < μ º - ondcón generl de ulbro químco Supongmos un reccón químc: A P, T constntes l condcón de ulbro se puede expresr como: dg A P, T constntes l vrcón de energí lbre se debe l cmbo en el número de moles. Pr un mezcl de dos sustncs dg μ 1 dn 1 μ dn Hb O Hb(O S l reccón vnz y recconn un dn moles de Hb, recconrán dn moles de O y se formrán dn moles de Hb(O. El cmbo de energí lbre será dg-μ Hb dn Hb -μ O dn O μ Hb(O dn Hb(O En un reccón generl A bb c dd dg- μ dn-b μ b dn c μ c dn d μ d dn dg μ ( ν dn

3 L hemoglobn es un proteín que form prte de los glóbulos rojos snguíneos d undd de hemoglobn contene grupos hemo d átomo de herro puede unrse un molécul de oxígeno eccón pso pso: ontene unddes o globns ( de tpo lf y de tpo bet eccón totl: Oxhemoglobn, color rojo vvo Hemoglobn reducd, color rojo oscuro dg μ ( ν dn Defnmos l energí lbre de reccón como el cmbo de energí lbre con el vnce de l reccón dg νμ dn Susttuyendo el potencl químco por su expresón: ν μ ν μ ν μ ν μ T ν μ T ν μ Tln ν ln ln ν ν ν μ En un reccón generl A bb c dd 1 cμ ν μ Tln cμ dμd μa bμb Tln dμ D μ A bμ B ν c d D b AB Es l dferenc de potencles químcos estándr (energís lbres molres estándr de productos y rectvos: vrcón de energí lbre socd l conversón de cntddes estuométrcs de rectvos en productos en condcones estándr: es l energí lbre de reccón estándr

4 Q c d D b AB Es el cocente de reccón: nos d l relcón entre ctvddes (presones, concentrcones de productos y rectvos elevds sus coefcentes estuométrcos Ej: Escrbe el cocente de reccón pr l sguente reccón: ondcón de ulbro c Tln d, D, b A,B, Tln SO (g O (g SO (g Q ( ( SO ( SO O Utlzndo l escl de presones y tenendo en cuent que el vlor estándr es l undd (en br o tm PSO P Q PSO P O P P ( PSO ( PSO ( PO e T Ls reccones químcs evoluconn hst que se lcnz l condcón de ulbro, ls concentrcones o presones de productos y rectvos son tles que el cocente de reccón vle precsmente Un ejemplo: A(g bb(g c(g dd(g P Π(P, /Pº ν Pº1!! ν > pr productos ν < pr rectvos P P,c P D,d /P A, P B, b P exp (- º/T Tpos de Equlbros 1S º >>> P <<< 1 Se form muy poco producto S º <<< P >>> 1 Quedrá muy poco rectvo 1

5 Energí lbre de eccón Estándr º: mbo de energí lbre cundo los rectvos en estdo estándr se converten en productos en estdo estándr Se puede obtener de dos forms: 1 A prtr de l entlpí y entropí de reccón º ΔH º-TΔS º A prtr de ls energís lbre de reccón º Σν p º f (prod - Σν r º f (rectvos onocd l energí lbre de reccón estándr, podemos clculr l y prtr de ell l composcón en el ulbro lculr l constnte de ulbro 5º pr l reccón: N (g H (g NH (g sbendo que G º-.9 kj/mol 9 T e e e Se tene un mezcl ncl con presones prcles de ntrógeno, hdrógeno y monco gul 1, y tm respectvmente Hc dónde evolucon l reccón? Q < Evolucon hc l formcón de más productos hst que se lcnce el ulbro 5 Supón un reccón del tpo: S nclmente se tene un presón de A puro de 1 tm 5º clcul l presón de A y B cundo se lcnce el ulbro s G º kj/mol; b G º 5 kj/mol G º -5 kj/mol Supón un reccón del tpo: S nclmente se tene un presón de A puro de 1 tm 5º clcul l presón de A y B cundo se lcnce el ulbro s G º kj/mol; b G º 1 kj/mol G º -1 kj/mol A T e e 1 B T e e ncl fnl 1-x x x 1 ; x.5 (1 x P A, tm P B,.5 tm 1 ncl fnl 1-x x x 7.5 ; x.88 (1 x P A, tm P B,.88 tm 5

6 Supón un reccón del tpo: S nclmente se tene un presón de A puro de 1 tm 5º clcul l presón de A y B cundo se lcnce el ulbro s G º kj/mol; b G º 1 kj/mol G º -1 kj/mol c T e. e. 1 1 ncl fnl 1-x x x.1 ; x.1 (1 x P A, tm P B,.1 tm - L constnte de ulbro. Expresones L constnte de ulbro recoge un relcón entre ls cntddes de productos y rectvos. Est relcón puede expresrse en forms dverss, y que l cntdd de productos y/o rectvo puede expresrse de dferentes forms En un reccón generl: A bb c dd Presón Frccón molr oncentrcón nt P V n X n j n V j T P P P P P c A c A d D b B X X X X X d D b B c d [ ] [ D] [ A] [ B] b Expresones de l constnte de ulbro SO (g O (g SO (g En funcón de ls frccones molres, X : P P T X p P ν P ν T X ν PT ν X ν P ν T X ν P ν T X En funcón de ls concentrcones molres, c : P c T P (T ν c ν (T Δν c ν (T Δν c c [SO ] [SO ] [O ] T P SO T P SO P O T P SO P SO P O T c P (T P c (T -1 6

7 - Fctores que fectn el ulbro Supongmos un reccón en ulbro [ Pr od] ectvos (c Productos (c [ ec] Qué ocurre s ñdmos productos de form que l concentrcón umente en x? Vrcón de l constnte de ulbro con l tempertur ΔH -TΔS ln - T -ΔH T -T ln TΔS T [ Pr od] x [ ec] Q > L reccón se desplzrá hc l formcón de más rectvos Qué ocurre s ñdmos rectvos de form que l concentrcón umente en x? ln -ΔH T ΔS [ Pr od] [ ec] x Q < L reccón se desplzrá hc l formcón de más productos Suponendo que ΔHº y ΔSº no cmben mucho con l tempertur Vrcón de l constnte de ulbro con l tempertur Vrcón de l constnte de ulbro con l tempertur ln -ΔH ΔS T Pend. -ΔH ΔH > dsmnuye con 1/T ΔH < ument con 1/T ln,1 ln, -ΔH T 1 -ΔH T ΔS ΔS ΔH > ument con T ΔH < dsmnuye con T ln 1 -ΔH T ΔS -ΔH ΔS - -ΔH T T T 1 7

8 Fctores que fectn el ulbro Prncpo de Le hteler: s en un sstem en ulbro se modfc lgún fctor, el sstem evolucon en el sentdo que tend oponerse dch modfccón ectvos (c Productos (c Q (eccón exotérmc, gener clor Fctores que fectn el ulbro Ejemplo: Hb (c O (g Hb(O (c Mb (c O (g Hb(O (c urv sturcón de Hemoglobn y Moglobn (frccón de Hb o Mb oxgends * S ñdmos Producto * S ñdmos ectvo * S clentmos * S enfrmos L evolucón serí l opuest en un reccón endotérmc 5- Equlbros en sstems heterogéneos En un ulbro pueden precer especes en dferentes fses Por ejemplo: Hb (c O (g Hb(O (c Sbendo que en el pulmón (presón de oxígeno de.1 tm l proporcón de hemoglobn oxgend es del 98%, clcul l constnte del ulbro nteror [ Hb(O ] [ Hb] P O [ Hb(O ] 5 [ Hb] PO (.1 PO.1 [ Hb(O ] [ Hb(O ] [ Hb] [ Hb(O ] [ Hb] 5 Equlbros en sstems heterogéneos Pr los sóldos o líqudos el estdo estándr es l sustnc pur. Así, pr un líqudo puro o un sóldo puro su ctvdd sempre es l undd y no prece en l expresón de l constnte de ulbro. NH (c H O NH (c OH - (c NH NH OH HO S l dsolucón es dlud podemos suponer que el gu está práctcmente pur y su ctvdd es l undd [ NH ][ OH ] [ NH ] 8

9 Equlbros en sstems heterogéneos O (s O(s O (g (s H O(g O(g H (g c [O ] c P (T O [O][H c ] [H O] P O P H (T 1 P H O 6. Equlbros ácdo bse Acdo: Sustnc cpz de ceder protones (H onstnte de cdez AH H O A - H O Bse: Sustnc cpz de ceptr protones (H [ H O ][ A ] [ AH] onstnte de bscdd B H O BH OH - [ BH ][ OH ] b [ B] L concentrcón de protones en dsolucón cuos suele expresrse en form de ph [ ] [ ] ph log HO poh log OH (s [H O ]1 - M entonces ph El vngre es un dsolucón proxmdmente.5 M de ácdo cétco, cuy constnte de cdez es º. lcul el ph. En dsolucones cuoss el ph y poh (cntdd de ones hdrono e hdroxlos están relcondos por el ulbro de utohdrólss del gu [ ][ ] H O OH - H O w HO OH A 5º W , por lo que tomndo logrtmos en l expresón nteror: log w log HO [ ] [ ] log OH 1 ph poh Incl ulbro H OOH H O H OO - H O x x x ph < 7 [H O ] > 1-7 y [OH - ] < 1-7 dsolucón ácd ph >7 [H O ] < 1-7 y [OH-] > 1-7 dsolucón básc ph7 [H O ][OH - ]1-7 dsolucón neutr x.5 x x.5 M ph -log (.5. 9