Republica bolivariana de Venezuela Venezuela Ministerio del poder popular para la educación ‘’U, E’’ Jacinto Lara I
Prof !aniela Roa
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(ndice •
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E)uilibrio *u+#ico Reacciones )u+#ica Reacciones )u+#icas irreversibles Reacciones )u+#icas reversibles Principales caracter+sticas del e)uilibrio Efecto de la te#peratura Efecto de la presión Efecto de la concentración Le de acción de #asas -onstante de e)uilibrio . Kc/ Principio de Le -%atelier -ociente de reacción La le del e)uilibrio )u+#ico Mezclas #eta estables La constante de e)uilibrio en función de la presión -onstante de e)uilibrio .0p/ Relación con 0La constante de e)uilibrio en función de la presión
Introducción
Todos los procesos químicos se llevan a cabo desde los reactivos hasta la formación de los productos a una velocidad que cada vez es menor, ya que a medida que transcurren, hay menos cantidad de reactivos. Por otro lado según van apareciendo moléculas de los productos, estas pueden reaccionar entre si y dan lugar nuevamente a reactivos, y los hacen a una velocidad mayor porque cada vez hay ms.
E)uilibrio *u+#ico !uando estamos en presencia de una reacción química, los reactivos se combinan para formar productos a una determinada velocidad. "in embargo, los productos también se combinan para formar reactivos. #s decir, la reacción toma el sentido inverso. #ste doble sentido en las reacciones que es muy común en química, llega a un punto de equilibrio dinmico cuando ambas velocidades se igualan. $o hablamos de un equilibrio esttico en el que las moléculas cesan en su movimiento, sino que las sustancias siguen combinndose formando tanto productos como reactivos. % este equilibrio lo llamamos equilibrio químico
Reacciones )u+#ica Para que sea posible una reacción química, es necesaria la presencia de dos compuestos químicos reaccionantes que darn origen a dos o ms compuestos químicos resultantes o productos de la reacción. #stas reacciones pueden ser reversibles o irreversibles.
Reacciones )u+#icas irreversibles #stas reacciones se producen cuando uno o ambos compuestos químicos reaccionantes se agotan y no es posible volver a obtener las sustancias originales, es una reacción que transcurre en un solo sentido & '.
Reacciones )u+#icas reversibles son aquellas en las que los reaccionantes dan origen a productos que a su vez se descomponen y dan lugar de nuevo
a las sustancias que reaccionaron inicialmente. (a reacción transcurre en ambos sentidos & '. (as reacciones reversibles pueden conducir a un estado de equilibrio químico
)n equilibrio químico puede ser representado de la siguiente manera* "iendo A y B, los reactivos, S y T los productos, y las letras griegas delante de cada uno, sus respectivos coeficientes estequiométricos. (a constante del equilibrio K puede definirse como siendo la relación entre el producto entre las concentraciones de los productos &en el equilibrio' elevadas a sus correspondientes coeficientes estequiométricos, y el producto de las concentraciones de los reactivos &en el equilibrio' elevadas en sus correspondientes coeficientes estequiométricos. #sta constante sufre variaciones con la temperatura.
Principales caracter+sticas del e)uilibrio •
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#l estado de equilibrio se caracteriza porque sus propiedades macroscópicas no varían con el tiempo. (a temperatura es la variable fundamental que controla el equilibrio &aunque no e+iste proporcionalidad directa entre temperatura y constante de equilibrio'. (a c corresponde al equilibrio e+presado de una forma determinada, de manera que si se varía el sentido del mismo, o su a-uste estequiométrico, cambia también el valor de la nueva constante
#+isten varios factores que pueden alterar el estado de equilibrio químico, los ms importantes son la temperatura, la presión y la concentración de los reactivos o productos. (a manera en que estos factores pueden alterar el equilibro químico se pude predecir cualitativamente según el principio de (e !hatelier, que establece lo siguiente* si se modifica alguno de los factores capaces de alterar el equilibrio químico &temperatura, presión, concentración' el sistema se desplazar de manera de contrarrestar la modificación.
1actores )ue influen en el desplaza#iento del e)uilibrio •
Efecto de la te#peratura )n aumento de la temperatura causar un esplazamiento del equilibrio en el sentido de la reacción que absorba calor, es decir, en el sentido endotérmico de la reacción. Por el contrario, una disminución en la temperatura causar un desplazamiento en el sentido e+otérmico de la reacción. %quí debemos recordar que en las reacciones químicas e+isten dos tipos de variación con la temperatura*
E2ot&r#ica %quella que libera o desprende calor.
Endot&r#ica •
aquella que absorbe el calor.
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Efecto de la presión "i aumenta la presión, el equilibrio se desplazar hacia el lado de la reacción donde haya menor número de moles gaseosos, contrarrestando de esta manera la disminución de volumen. "i la presión disminuye, ocurrir lo contrario. •
Efecto de la concentración #l aumento de la concentración de los reactivos causar un desplazamiento del equilibrio hacia la formación de productos. )n aumento en la concentración de productos
determinar un desplazamiento del equilibrio hacia la formación de reactivos. (a disminución en la concentración de reactivos o productos causa un desplazamiento hacia la formación de mayor cantidad de reactivos o productos, respectivamente. /.0. 1ibbs sugirió en el a2o3456 que se alcanzaría el estado de equilibrio químico cuando la energía libre de 1ibbs se encuentra en su valor mínimo, siempre y cuando la presión sea constante. "i la mezcla de reactivos y productos no estn en equilibrio, el e+ceso de energía de 1ibbs hace que la reacción se desplace hasta lograr un equilibrio. (a constante de equilibrio se puede relacionar con el cambio de energía libre de 1ibbs mediante la siguiente ecuación*
onde R representa la constante universal de los gases, y T la temperatura en grados elvin.
Le de acción de #asas -onstante de e)uilibrio ( Kc ) Para una reacción cualquiera &a % 7 b 8 7....9 c ! 7 d 7 ...' se define la constante de equilibrio & KC ' de la siguiente manera*
"iendo las concentraciones medidas en el equilibrio &no confundir con las concentraciones iniciales de reactivos y productos'."e denomina constante de equilibrio, porque se observa que dicho valor es constante &dentro un mismo equilibrio' si se parte de cualquier concentración inicial de reactivo o producto.
#n la reacción anterior* :; (g '7 <; (g) 9 ; :< (g)
#l valor de KC , dada su e+presión, depende de cómo se a-uste la reacción. #s decir, si la reacción anterior la hubiéramos a-ustado como* = :; (g) 7 = <; (g) 9 :< (g ', la constante valdría la raíz cuadrada de la anterior
-onstante de e)uilibrio .0p/ Relación con 0#n las reacciones en que intervengan gases es ms sencillo medir presiones parciales que concentraciones. %sí en una reacción tipo* a % 7 b 8 9 c ! 7 d , se observa la constancia de p viene definida por*
#n la reacción* ; ">;.3/ 7 >;.3/ & ; ">6.3/
#s igual al producto de las concentraciones de los productos elevados a sus coeficientes estequiométricos &c y d' dividido por el producto de las concentraciones de los reactivos elevados a sus coeficientes estequiométricos &a y b'. ?ecordemos que estos coeficientes son los números que equilibran a las reacciones químicas. (a constante no varía, por eso es constante. "olo depende de la temperatura. % cada temperatura distinta habr valores diferentes de constantes para la misma reacción. !on respecto a las unidades de , estas dependern de la e+presión matemtica que quede en cada caso particular. "egún el valor que tenga la 0 de equilibrio, tendremos una idea certera de lo completa que puede llegar a ser una reacción. "i estamos en presencia de una grande, mucho mayor que 3, la reacción tiende a completarse bastante a favor de los productos. !aso contrario sucede si la es muy peque2a. #n el caso de aquellas reacciones donde figuren compuestos en estado gaseoso, la constante se denomina p en lugar de c como normalmente se usa en las reacciones. p hace alusión a la presión en lugar de la concentración molar.
Principio de Le -%atelier$ !uando hablamos de equilibrio aplicado a sistemas químicos o físicos, siempre se hace hincapié en el Principio de Le !hatelier. #ste principio sostiene que un sistema siempre reaccionar en contra del cambio inducido.
-ociente de reacción #s la aplicación de la ley de acción de masas para una reacción general que no haya conseguido alcanzar el equilibrio @!Ac.@Ad BC
@%Aa.@8Ab
onde B es el cociente de reacción y las concentraciones e+presadas en él no son las concentraciones en equilibrio. "i B D c predomina la reacción hacia la derecha, hasta llegar al equilibrio &hacia productos disminuyen los reactivos' "i B C c el sistema est en equilibrio. "i B E c predomina la reacción hacia la izquierda, hasta llegar al equilibrio &hacia reactivos disminuyen los productos'.
La le del e)uilibrio )u+#ico
#l principio de (e !hatelier permite predecir en qué manera se desplazar el equilibrio químico de una reacción reversible, pero no en qué medida. )na descripción cuantitativa del equilibrio fue efectuada por primera vez en 345F por los químicos noruegos 1uldberg &346GH3IF;' y 0aage &3466H3I34', que la e+presaron en forma de ley. %sí, para una reacción genérica del tipo*
a% 7 b8 J c! 7 d
la ley de 1uldberg y 0aage se e+presa matemticamente en la forma en la cual los coeficientes estequiométricos a, b, c y d que se obtienen tras a-ustar la reacción, aparecen como e+ponentes de las concentraciones de reactivos y productosK toma, para cada reacción, un valor constante y característico que sólo depende de la temperatura y que se denomina constante de equilibrio.
(a ley de 1uldberg y 0aage se conoce también como (ey de acción de masas &(.%.L.' debido a que, en el enunciado original, sus autores aludieron a conceptos tales como Jfuerzas de acciónM y Jmasas activasM. %unque el descubrimiento de esta ley fue el resultado de anlisis de datos e+perimentales, algunos a2os ms tarde pudo ser e+plicada teóricamente a partir de las leyes de la termodinmica.
(a (ey de acción de masas permite hacer clculos y predicciones sobre el equilibrio. %sí, el efecto de la concentración puede e+plicarse como sigue* si en un sistema en equilibrio se aumenta la concentración de un reactivo, @%A por e-emplo, la reacción ha de desplazarse hacia la derecha en el sentido de formación de los productos para que el cociente representado por se mantenga constante.
Mezclas #etaestables )na mezcla puede parecer que no tiene tendencia a cambiar, aunque no esté en equilibrio. Por e-emplo, una mezcla de ">; y >; es metaestable ya que hay una barrera cinética a la formación del producto, ">6.
;">; 7 >; (a
barrera
;">6 puede
superarse
cuando
también
hay
un catalizador presente en la mezcla, como en el método de contacto, pero el catalizador no afecta a las concentraciones de equilibrio. el mismo modo, la formación de bicarbonato a partir de dió+ido de carbono y el agua es una reacción muy lenta en condiciones normales
!>; 7 ;:;>
:!>6H 7:6>7
Pero casi instantnea en presencia de la enzima anhidrasa carbonica
La constante de e)uilibrio en función de la presión #+isten otras formas para e+presar la constante de equilibrio. :asta ahora, hemos utilizado la e+presión de c para relacionar las concentraciones de las sustancias que participan en el equilibrio. También se puede e+presar, en aquellas reacciones cuyos componentes son gaseosos, en función de la presión parcial de las sustancias gaseosas que intervienen en el equilibrio.
-onclusión #l equilibrio químico se establece cuando e+isten dos acciones opuestas Bue tienen lugar simultneamente a la misma velocidad. !uando las concentraciones de cada una de las sustancias que intervienen &reactivos o productos'se estabiliza, es decir, se utiliza la misma velocidad que se forma, se llega al equilibro químico.
"ne2os 4enr le c%atelier
Efecto de la te#peratura
Le de e)uilibrio )u+#ico
constante de e)uilibrio
E)uilibrio de las #ol&culas
E)uilibrio )u+#ico