Unidad Equilibrio químico IIIº Medios 2018 1º Parte.
Muchas de las reacciones que se producen en la naturaleza son irreversibles. Una reacción irreversible es aquella en que los reactantes se transforman en productos, sin que estos reaccionen entre sí para restituir a los reactantes. Estas reacciones se desarrollan hasta que, por lo menos, uno de los reactantes se consume totalmente.
Sin embargo, hay una gran cantidad de reacciones en que los productos, en la medida que se van formando, reaccionan entre sí regenerando los reactantes originales. Este es un proceso dinámico y reversible que conduce a un estado de equilibrio químico.
Cualquier tipo de equilibrio ya sea físico o químico presenta las siguientes características 1º Aunque sea lenta la obtención del equilibrio, una vez que se ha alcanzado, las concentraciones de todas las especies que participan (reactantes y productos) en el equilibrio permanecen constante, es decir, se hacen independiente del tiempo.
2º El equilibrio químico se alcanza por más de una dirección. Por ejemplo se puede comenzar por los productos puros o por los reactantes puros. Desde una Tº alta a una más baja, etc. 3º Los catalizadores no afectan las concentraciones de lo reactantes y productos en equilibrio.
4º En la mezcla en equilibrio existe una relación entre las concentraciones de las diferentes especies involucradas en el equilibrio, a una temperatura constante.
Reacciones reversible e irreversible Bajo ciertas condiciones específicas (temperatura, presión, ph etc.), cualquier reacción química puede ser reversible. Pero hay otras reacciones que normalmente son irreversibles. Por ejemplo la combustión de la madera, del gas licuado, etc, son reacciones irreversibles.
Sin embargo, en muchas reacciones químicas no se produce una transformación completa de las sustancias reactantes a productos, porque una vez que estos se forman reaccionan entre sí para generar las sustancias iniciales.
Como resultado de este proceso, en el sistema de reacción (vaso, matraz o tubo de ensayo) existirán moléculas, átomos o iones de reactantes y moléculas, átomos o iones de productos. Las reacciones de este tipo se denominan reacciones reversibles.
Para una ecuación que representa una reacción reversible se emplea una doble flecha, en la que el sentido de izquierda a derecha es la reacción directa y el sentido de derecha a izquierda, es la reacción inversa. A + B A + B A + B C + D C + D (reacción directa) C + D (reacción inversa)
Cuando las reacciones reversibles alcanzan el estado de equilibrio dinámico, las concentraciones de los reactantes y productos se mantienen constantes, y la razón entre estas concentraciones se designa por la letra K, llamada CONSTANTE DE EQUILIBRIO.
Constante de equilibrio. Cómo se puede deducir la expresión general de la K de equilibrio para una reacción reversible? En el equilibrio de una reacción reversible las velocidades en ambos sentidos son iguales, así para una reacción general del tipo V 1 = velocidad de reacción directa. V 2 = velocidad de reacción inversa. Si está en equilibrio: V 1 =V 2, como para cada reacción existe una expresión de la V r, entonces para:
Agrupando las constantes (K 1 y K 2) al lado izquierdo y la concentración de reactantes y productos al derecho, nos queda: El cuociente entre las dos contantes K 1 y K 2 debe ser otra constante K que se denomina constante de equilibrio, siendo su expresión
Y para una reacción general de la forma: a A + bb cc + dd en que: a, b, c y d son los coeficientes dela ecuación, la expresión K queda Esta expresión es general para todos los equilibrios químicos. Esta fórmula sufre pequeñas modificaciones al aplicarlas a situaciones concretas. Ejemplo: gases, formación de productos insolubles, equilibrios heterogéneos.
El valor de K se determina experimentalmente midiendo las concentraciones molares de reactantes y productos de una reacción reversible específica Se han determinado experimentalmente las constantes de equilibrio para muchas reacciones químicas de aplicación en el trabajo de laboratorio o de tipo industrial; los valores para las respectivas constantes se consignan en tablas especiales válidas a determinas temperaturas y presión.
Equilibrios homogéneos y heterogéneos Los equilibrios en los cuales todos los componentes se encuentran en la misma fase se consideran equilibrios homogéneos. Ejemplo:
Pueden existir otros casos de equilibrio en que participen reactantes y productos en diferentes estados físicos? Un ejemplo muy sencillo de equilibrio heterogéneo es la descomposición del carbonato de calcio en óxido de calcio y dióxido de carbono, en la ecuación: CaCO 3(s) CaO (s) + CO 2 (g)
Actividades: 1. Escribe la expresión correspondiente a keq para las siguientes reacciones. a. N 2 (g) + O 2 (g) 2 NO (g) b. Ti(s) + 2 Cl 2 (g) TiCl 4 (s) c. 2 C 2 H 4 (g) + 2 H 2 O (g) 2 C 2 H 6 (g) + O 2 (g) d. 2 HI (g) H 2 (g) + I 2 (g) e. 2 NO (g) N 2 (g) + O 2 (g)
2. Se coloca yoduro de hidrógeno gaseoso en un recipiente cerrado a 500 C, donde se descompone parcialmente en hidrógeno y yodo: 2H I (g) H 2 (g) + I 2 (g) Se determina que en el equilibrio [HI] = 3,5 10 3 M; [H 2 ] = 4,8 10 4 M; y [I 2 ] = 4,8 10 4 M. Cuál es el valor de a k eq esta temperatura?
3. A 100 C, el valor de k eq en la siguiente reacción es 7,8 10 2: SO 2 Cl 2 ( g ) SO 2 (g) + Cl 2 (g) En una mezcla de los tres gases en equilibrio las concentraciones de SO 2 Cl 2 y SO 2 son de 0,136 M y 0,072 M, respectivamente. Cuál es [Cl 2 ] en la mezcla en equilibrio?
Relación K P con K C La constante de equilibrio en términos de las concentraciones se simboliza por K C y en términos de las presiones parciales por K P. La relación entre K C y K P es la siguiente K P = K C (RT) Δn, donde R es la constante de los gases (0,082 atml/k mol), T la temperatura Kelvin y Δn, la diferencia entre los coeficientes estequiométricos de los productos y reactantes. Si Δn = 0, entonces K P = K C. Por convenio, las constantes de equilibrio (K C o K P ) son adimensionales, o sea, no tienen unidades.
Actividad 1. Escribe la expresión de las constantes de equilibrio K c o K p para cada una de las siguientes reacciones: a) N 2 (g) + O 2 (g) NO(g) b) S (s) + F 2(g) FS 6 (g) c) CO(g) + O 2 (g) CO 2 (g) d) CO(g) + ½ O 2 CO 2 (g) e) CO 2 (ac) + H 2 O (l) H 2 CO 3 (ac)
Qué informa la constante de equilibrio? La magnitud de la constante de equilibrio puede informar si en una reacción en equilibrio está favorecida la formación de los productos o de los reactantes. Si la constante de equilibrio es mucho mayor que 1, el equilibrio está desplazado hacia la derecha, favoreciendo la formación de los productos. Al contrario, si la constante es mucho menor que 1, el equilibrio está desplazado hacia la izquierda, favoreciendo la formación de los reactantes. Sin embargo, este pronóstico no es tan evidente cuando las concentraciones.
están elevadas a exponentes mayores que 1. En estos casos, hay que calcular las concentraciones en el estado de equilibrio para hacer una predicción segura.
Equilibrio Químico