TEMA 6 EQUILIBRIO QUÍMICO

ÍNDICE 1.

Equilibrio químico homogéneo y heterogéneo

2.

Concentraciones en equilibrio

3.

Constante de equilibrio Kc

4.

Constantes de equilibrio Kp y Kc

5.

Cociente de reacción

6.

Equilibrios heterogéneos

7.

Constante del producto de solubilidad

8.

Factores que influyen en el equilibrio: Principio de Le Châtelier 8.1 Efecto de la concentración 8.2. Efecto de la temperatura 8.3 Efecto de la presión 8.4 Efecto de los catalizadores 9. Resumen

1. Equilibrio químico Las reacciones químicas tienden al equilibrio Las reacciones químicas alcanzan un estado de equilibrio en el que quedan concentraciones no nulas de reactivos y productos. Si la concentración que queda de un reactivo es tan pequeña que prácticamente es imposible medir, entonces se dice que el reactivo se ha consumido. Equilibrios homogéneos: Reacciones en que todos los productos y reactivos están en la misma fase:

Ejemplos: en fase gas (g):

N2O4 (g)  2 NO2 (g)

;

N2 (g) + 3 H2 (g)  2 NH3 (g)

en disolución acuosa (ac): CH3COOH(ac) + H2O  CH3COO-(ac) + H2O+

Equilibrios heterogéneos: Si algunos reactivos o productos están en fases diferentes Ejemplo: CO3Ca(s)  CO2(g) + CaO(s)

2. Concentraciones de equilibrio Ejemplo: C O N C E N T R A C I Ó N

N2O4 (g)

2NO2 (g)

Equilibrio

Equilibrio Equilibrio

TIEMPO

0 |N2O4| inicial  0 |NO2|

inicial

TIEMPO

0 |N2O4| inicial  0 |NO2|

inicial

TIEMPO

0 |N2O4| inicial  0 |NO2|

inicial

Las concentraciones de equilibrio dependen de las concentraciones iniciales

3. Constante de equilibrio, Kc Para la reacción: aA + bB +... cC + d D +... A una temperatura, T, la constante de equilibrio:

Kc 

c

d

a

b

C D ... A B ...

i= concentración (mol/L) en el equilibrio Equilibrio: • no se observan cambios de propiedades con el tiempo • las velocidades de la reacción directa e inversa son iguales • las concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes

Si Kc es alta (Kc >10), en el equilibrio la reacción está desplazada hacia la derecha (), formación de productos Si Kc es baja (Kc< 1), en el equilibrio la reacción está desplazada hacia la izquierda (), formación de reactivos Siempre hay que especificar la reacción para escribir Kc

Ejemplo: N2 (g) + 3 H2 (g) 

2 NH3 (g)

2 NH3 (g)  N2 (g) + 3 H2 (g) 1/2 N2 (g) + 3/2 H2 (g)

 NH3(g)

Kc Kc´= Kc-1 Kc´´=

Kc1/2

4. Constantes de equilibrio: Kc y Kp Reacciones en estado gaseoso: a A(g) + b B(g) + …

Kc 

c

d

a

b

c C(g) + d D(g) + … c

C D ...

Kp

A B ...

i= concentración de i en (mol/L)

PC PDd ...  a b PA PB ...

Pi = presión parcial de i en atm

Relación entre Kc y Kp: Aplicando ley de gases ideales a reactivos y productos: i= ni / V = Pi / RT



Kc = Kp (RT) Kp = Kc(RT)

-n

n

n = moles de productos - moles de reactivos = (c + d) – (a + b)

Ejemplos: n =0

 Kc = Kp F2(g) + H2(g)  2 HF(g)

n = -1

 Kc = Kp RT Cl2(g) + 2 NO(g)  2 NOCl (g)

n = -2



Kc = Kp (RT)2

N2(g) + 3 H2(g)



2 NH3(g)

Kc y Kp son constantes termodinámicas de equilibrio y sólo son función de la temperatura

Las constantes de equilibrio no llevan unidades pues las concentraciones en Kc y las presiones en Kp están referidas a un estado estandar 1M y 1 atm respectivamente.

5. Cociente de reacción, Q

aA+bB+…

cC+dD+…

Antes de alcanzar las concentraciones de equilibrio se puede calcular el cociente de reacción, Q: Q=

Cc Dd …

Aa Bb …

En el equilibrio: Q = Kc Si Q >> Kc Si Q 0 el equilibrio se desplaza hacia la izquierda  Si n = 0 no influye

b) Por adición de un gas inerte: Kc , Kp no varían, sólo dependen de la temperatura 3. Temperatura Kc= f(T)

Kp = f(T)

Si la reacción es endotérmica: aumento de T aumenta Kc Si la reacción es exotérmica: aumento de T disminuye Kc 4. Catalizadores No modifican el equilibrio, aceleran las reacciones directa e inversa

9. Resumen •

Kc concentraciones en mol/L

•

Kp

•

Las fases puras (sólidos o líquidos) no aparecen en la expresión de la constante de equilibrio.

•

La constante de equilibrio (Kc, Kp) es adimensional

•

La reacción debe estar ajustada para escribir la expresión de la constante de equilibrio y se debe especificar la temperatura.

presiones en atm

•

Factores que influyen en el equilibrio

Cambio

Desplazamiento del equilibrio

Modificación de la constante de equilibrio

Concentración

si

no

Presión

si

no

Volumen

si

no

Temperatura

si

si

Catalizador

no

no