Cómo se puede modificar la situación de equilibrio?

Transcripción

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2 Cómo se puede modificar la situación de equilibrio? Cambiando la constante de equilibrio Cambiando la temperatura Sin cambiar la constante de equilibrio Cambiando el resto de condiciones

3 Principio de Le Châtelier Si un sistema químico que está en equilibrio se somete a una perturbación que cambie cualquiera de las variables que determina el estado de equilibrio, el sistema evolucionará para CONTRARRESTAR el efecto de la perturbación. H. L. Le Châtelier ( ) El sistema después de la perturbación, volverá a alcanzar un nuevo equilibrio. El Principio de Le Chatelier nos ayuda a prever cómo reaccionará el sistema ante al cambio producido. Podremos establecer las condiciones más adecuadas para cada equilibrio.

4 Efecto de un cambio de temperatura (a P cte) Modificar la temperatura modifica el valor de la constante de equilibrio. Por ejemplo: Para el equilibrio de formación del amoniaco: N 2(g ) + 3H 2(g) 2 NH 3(g) K p = 40,7 a 150 ºC y K p = 1, a 350 ºC. K p [P [P productos reactivos ] ] eq eq Según el P. de Le Chatelier, al aumentar la temperatura el sistema tratará de contrarrestar dicho aumento. Cómo? absorbiendo calor, con lo que la temperatura disminuirá? O desprendiendo calor, con lo que la temperatura aumentará aun más? Cómo será la síntesis del amoniaco? Endotérmica o exotérmica?

5 Efecto de un cambio de temperatura (a P cte) N 2(g ) + 3H 2(g) 2 NH 3(g) K p = 40,7 a 150 ºC y K p = 1, a 350 ºC. En el caso del amoniaco la constante de equilibrio disminuye al aumentar la temperatura. Cuanto mayor es la constante de equilibrio, mayor es la proporción de amoniaco obtenida en el equilibrio, es decir, más desplazado estará éste hacia la derecha, por tanto se obtiene más amoniaco trabajando a bajas temperaturas. Como al bajar la temperatura el equilibrio se desplaza hacia la derecha, éste será el sentido exotérmico de la reacción, por tanto la síntesis del amoniaco () será exotérmica, mientras que la descomposición () será endotérmica. K p [P [P productos reactivos ] ] eq eq Si DHº > 0 (endotérmica): T, el equilibrio se desplazará a la derecha Si DHº < 0 (exotérmica): T, el equilibrio se desplazará a la izquierda

6 Efecto de la adición/sustracción de reactivos o productos gaseosos (a T y V ctes) K c [prod] [reac] eq eq ; Q [prod] [reac] La CONSTANTE DE EQUILIBRIO sólo cambia si cambia la temperatura El COCIENTE DE REACCIÓN depende de las condiciones en las que esté el sistema en cada momento. De su valor deducimos si el sistema está en equilibrio o cómo evolucionará hasta alcanzarlo. Si agregamos productos: Q > Kc el equilibrio se desplazará a la izquierda Si agregamos reactivos: Q < Kc el equilibrio se desplazará a la derecha Qué ocurrirá si vamos eliminando el producto, es decir, lo extraemos del recipiente según se va formando?

7 Efecto de un cambio de volumen (a T cte) La disminución de V conlleva que la concentración de todas las sustancias aumente (las moléculas disponen de menos espacio). El sistema tenderá a reducir las concentraciones. Se desplaza hacia donde haya un menor número de moles gaseosos Efecto de la presión total (a T cte) Un aumento de Presión tiene el mismo efecto que una disminución de Volumen Se desplaza hacia donde haya un menor número de moles gaseosos

8 Adición de un gas inerte (a T y V ctes) No altera el equilibrio [prod] [reac] n n prod reac / V / V Adición de un catalizador No afecta al equilibrio pero hace que éste se alcance antes lo que los hace muy importantes en la industria química

9 En la práctica las plantas que sintetizan amoniaco operan a una presión de atm. y a una temperatura de atm. En el reactor de síntesis se utiliza α-fe como catalizador (Fe 2 O 3 sobre AlO 3 catálisis heterogénea). A pesar de todo, la formación de NH 3 es baja con un rendimiento alrededor del 15%. Los gases de salida del reactor pasan por un condensador donde se puede licuar el NH 3 separándolo así de los reactivos que pueden ser nuevamente utilizados. Métodos Presión Temperatura Catalizadores Claude 1000atm C Fe, Mo y Al 2 O 3 Haber-Bosch 200atm 550 C Fe 2 O 3, Al 0 Americano atm 500 C Fe 2 O 3, Al 0 Casale atm 500 C Fe 2 O 3, Al 0 Fauser 200atm 500 C Fe 2 O 3, Al 0

10 El principio de Le Chatelier se aplica a todos los equilibrios químicos. Se debe prestar especial atención a los estados de agregación presentes en el equilibrio.

11 Equilibrios en fase gaseosa: Se ven alterados por cambios de T, P, V, ( ). N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) P Cl 5 (g) P Cl 3 (g) + Cl 2 (g) Equilibrios heterogéneos: NH 4 Cl (s) NH 3 (g) + H Cl (g) Indica cómo se verá afectado el equilibrio anterior por la introducción en el recipiente (sin variar la temperatura) de una cierta cantidad de NH 4 Cl (s) y de NH 3 (g)

12 Equilibrios de precipitación: Como todos los equilibrios se ven afectados por la temperatura (K ps varía con la temperatura) aunque solemos trabajar siempre a temperatura ambiente Y por cualquier perturbación que modifique la concentración de los iones (efecto de un ión común, añadir agua, ácidos o bases si intervienen OH -, añadir NH 3 en el caso de que intervenga el ion plata, etc.) Ca(OH) 2 (s) Ca 2+ (ac) + 2 OH - (ac) El hidróxido de calcio es poco soluble. Se dispone de 100 ml. de una disolución saturada de dicho hidróxido. Razonar si la masa del sólido, en esa disolución aumenta, disminuye o no se altera al añadir: a) agua b)disolución de NaOH c) disolución de HCl d) disolución de CaCl 2.

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14 Disolución saturada: Ag + (aq) y Cl - (aq) Disolución Ag(NH 3 ) 2+ (aq) y Cl - (aq) Precipitado AgCl (s)

15 Equilibrios de ácido-base: se ven afectados por la temperatura aunque solemos trabajar siempre a temperatura ambiente, Ka y Kb varían con la temperatura, y por cualquier perturbación que modifique la concentración de las especies presentes en el equilibrio. Ac H (ac) + H 2 O Ac - (ac) + H 3 O + (ac) H Cl (ac) + H 2 O Cl - (ac) + H 3 O + (ac) Si a una disolución de ácido acético, le añadimos ácido clorhídrico, Qué le ocurrirá al grado de disociación del acético? y si añadimos acetato de sodio?

16 Videos en youtube Equilibrio químico.le Chatelier. CoCl 2 Principio de Le Chatelier: Para ilustrar el efecto de la temperatura y de los cambios de concentración. Le Chatelier: bueno para entender el efecto de los cambios de presión. Aunque está en inglés se entiende bien porque las imágenes son muy buenas. Le Chatelier's Principle and Solubility Video