Equilibrio Qu

1
Equilibrio Químico el contexto
2
(No Transcript)
3
(No Transcript)
4

• Conocimientos previos
• Estado de equilibrio de un sistema, funciones de
  estado.
• Gas ideal y gases reales. Solución ideal y
  soluciones reales.
• Reacciones elementales y complejas, mecanismo de
  reacción, perfil de reacción.

5
Objetivos

• Caracterizar el equilibrio químico en términos de
  la composición del sistema cuali y
  cuantitativamente.
• Revisar el tratamiento estequiométrico de las
  reacciones en términos de rendimiento.
• Incorporar la idea de la reversibilidad de las
  reacciones y la naturaleza dinámica del
  equilibrio.
• Reconocer las variables que afectan la
  composición del sistema en el equilibrio y
  predecir la evolución del sistema en respuesta a
  cambios externos.
• Reconocer generalidades y diferencias entre
  reacciones distintas y con otros equilibrios
  dinámicos.
• Reconocer y evaluar las aproximaciones realizadas
  en el tratamiento cuantitativo del equilibrio.

6
Contenidos
Equilibrio Químico la clase

• La constante de equilibrio.
• Equilibrios homogéneos y heterogéneos.
• Reversibilidad de las reacciones, naturaleza
  dinámica del equilibrio.
• Equilibrio y velocidades de reacción.
• Q, el cociente de reacción
• Respuestas de un sistema en equilibrio a cambios
  impuestos.

7
Rendimiento experimental de reacción evolución
de los sistemas reactivos
8
(No Transcript)
9
La constante de equilibrio

• Ley de acción de masas (Guldberg y Waage 1864)
  
• Esta relación es independiente de la composición
  inicial del sistema

10
En general para la reacción de ecuación
balanceada La composición del sistema en
equilibrio es caracterizada por la relación
constante Kc
11
Otras expresiones de la constante de equilibrio
Para reacciones en fase gaseosa, según la
ecuación de estado del gas ideal
12
Resultados experimentales, un ejemplo
13
(No Transcript)
14
(No Transcript)
15
Aumento de presión y equilibrio

• depende de C0 (p0)
• Los gases de la mezcla reactiva dejan de
  comportase como gases
• ideales.
• Podrían incorporarse otras ecuaciones de estado
  para gases reales la
• expresión matemática de Kp (o Kc) es más
  complicada.
• Alternativamente

16
Para la reacción anteriorKp corr 0,1426
(25ºC)Kp corr 0,3183 (35 ºC)Kp corr 0,6706
(45 ºC) La desviación del comportamiento
ideal es un problema común a todas las reacciones
Las presiones parciales son una buena
aproximación a bajas presiones.
17
(No Transcript)
18
Equilibrios heterogéneos

• Las sustancias involucradas en la reacción se
  encuentran en más de
• una fase
• Los sólidos o líquidos puros no se incluyen en K
  (Kc,Kp)
• Kp pCO2 , eq
• K aCO2 , eq
• La concentración de los sólidos no cambia con el
  progreso de la
• reacción.

19
Ejemplos
20
Interpretación del valor de K

• La expresión de la constante puede ser compleja,
  es necesario una
• interpretación cuidadosa.

CaCO3(s) ? CaO(s) CO2(g) Kp pCO2, eq
21
NO2eq (Kp N2O4eq)0.5
22
Las unidades de Kc y Kp

• Ninguno de los valores de las constantes
  presentados tiene unidades.
• En los cálculos se deben expresar las presiones y
  las concentraciones experimentales en las mismas
  unidades que las del estado de referencia.

23
El equilibrio se alcanza también desde los
productos
Las reacciones químicas son reversibles
(Berthollet 1798)
24
El perfil de reacción
Reactivos
En la discusión del perfil de reacción ya
discutimos la reversibilidad de las reacciones.
25
Otro ejemplo la síntesis de NH3 y el proceso
Haber-Bosch
26
El equilibrio químico es dinámico

• Macroscópicamente no hay cambio en la composición
  del sistema.
• Microscópicamente ocurren reacciones, no hay
  reposoexisten reacciones opuestas que
  transcurren a la misma velocidad.

27
Cómo averiguar si es dinámico?
N2O4 NO2
N2O4 N2O4 N2O4 NO2 NO2
28
Otros ejemplos de equilibrios dinámicos

• Vapor en equilibriocon su líquido

• Soluto no disuelto en equilibrio con solución
  saturada

29
Resumen

• Toda reacción progresa hasta el estado de
  equilibrio.
• K describe cuantitativamente la posición del
  equilibrio.
• Kc y Kp son buenas aproximaciones a K en solución
  diluida y bajas presiones respectivamente.
• La composición de la mezcla reactiva en el
  equilibrio puede ser más o menos rica en
  productos y esto depende de cada reacción.
• Las reacciones son reversibles
• El equilibrio químico es dinámico

30
Práctica

• Cálculo de constantes de equilibrio a partir de
  composiciones en el equilibrio. Análisis de datos
  experimentales.
• Cálculo de la composición de la mezcla reactiva
  en el equilibrio a partir de K. Resolución exacta
  y aproximada criterios de análisis de la calidad
  de la aproximación empleada.
• Análisis de desviaciones del comportamiento
  ideal. Correcciones.

Laboratorio
31
Continuación

• Velocidades de reacción y equilibrio reacciones
  elementales y complejas.
• El cociente de reacción Q, su manejo para
  analizar la posición de un sistema respecto del
  equilibrio.
• Reacciones endotérmicas y exotérmicas respuestas
  del sistema en equilibrio a cambios de
  temperatura.
• Respuesta del sistema a cambios externos su
  importancia en el rendimiento de reacción.

32
Reacciones elementales

• N2O4(g) ? 2NO2(g)
• En el equilibrio
• N2O4eq constante
• p N2O4eq constante
• Pero el equilibrio es dinámico

33
Reacciones complejas principio de equilibrio
detallado

• 2NO2 (g) F2(g) ? 2NO2F(g)
• Mecanismo
• Condición de equilibrio cada etapa elemental y
  su inversa
• transcurren a la misma velocidad