21 de septiembre 2012
Química General ll Q. Lidia Escutia Guadarrama
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Experiencia de cátedra Definición de equilibrio químico Ley de acción de masas Constante de equilibrio y cociente de reacción Equilibrios entre gases Relación entre Kc y Kp Ejercicios Aplicaciones
http://bit.ly/RkylCi
Hemos aprendido que todas las reacciones químicas se llevan a cabo en una sola dirección…
http://bit.ly/UfSLOE
Todos los procesos químicos evolucionan de reactivos a la formación de productos y viceversa hasta llegar a una condición que llamaremos
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Una reacción en equilibrio es un proceso dinámico en el que los reactivos se convierten a productos y los productos en reactivos a la misma velocidad.
Vd = Velocidad directa Vi = Velocidad inversa
ΔG
=0
Condiciones energéticas más
Las concentraciones de reactivos y productos no varían al equilibrio, mas ¡NO significa que sean iguales! En cambio, las velocidades de la reacción directa y la reacción inversa SÍ son iguales cuando la reacción ha llegado a un estado de equilibrio.
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Consideremos la reacción H2 + I2 → 2 HI que ocurre cuando moléculas de yodo e hidrógeno colisionan. La velocidad de la reacción es proporcional a la concentración de los reactivos
Vd = Kd [H2] [I2] Al formarse el producto HI, también pueden colisionar esas moléculas entre sí recuperando el I2 y el H2
Vi = Ki [HI]2 Imagen tomada de:
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Cuando la reacción haya llegado llegado a un estado de equilibrio químico se cumplirá:
Kd [H2] [I2] = Ki [HI]2 Si agrupamos constantes de un lado y las concentraciones AL EQUILIBRIO del otro, obtenemos:
Kd = [HI]2 Ki [H2] [I2] Definimos el cociente entre K d y Ki como una nueva constante que llamaremos Kc
Imagen tomada de:
Kc = [HI]2 [H2] [I2]
Guldberg y Waage, 1864
Para cualquier proceso químico, existe una relación entre la multiplicación de las concentraciones de los productos elevadas a sus respectivos coeficientes estequiométricos dividido entre la multiplicación multiplicación de las concentraciones concentraciones de los reactivos elevadas a sus respectivos coeficientes estequiométricos. Esta relación es constante a una temperatura dada.
Las concentraciones siempre se expresan en mol/L. Los gases se expresan como presión parcial de 1 atm y no se consideran en la ecuación de Kc ya que Kc es expresada solo en funcion de concentraciones molares. La concentración de sólidos y precipitados se considera igual igual a 1, no se escriben en la ecuación.
Cañizares, M.P.; Duarte, G.A. (2007) Fundamentos de auímica analítica. Teoría y ejercicios. ejercicios. México: Facultad de Química,
Como los equilibrios se llevan a cabo en disolución acuosa, la concentración del agua se considera constante y no se escribe en la ecuación. Las concentraciones de H+ y OH- utilizadas para balancear equilibrios redox redox sí se toman en cuenta en la constante.
Cañizares, M.P.; Duarte, G.A. (2007) Fundamentos de auímica analítica. Teoría y ejercicios. ejercicios. México: Facultad de Química,
Ejemplo
Vamos a expresar la constante de equilibrio de: 1 atm
1 atm
constante
Kc = 1 [H2O2] constante
1 atm
Kc = [Fe3+]14 [H+]48 [CIO4-]6
constante
Ácido – Base Base intercambio de H +
http://bit.ly/P1pXIT
Formación de complejos intercambio de partículas
http://bit.ly/OeyBYG
Solubilidad formación de precipitado precipitadoss
Ácido – Base Base Ka (constante de disociación ácida)
Ejemplo Para el equilibrio ácido base:
ácido
Base conjugada
La constante de disociación ácida se expresa como:
Redox No se encuentran reportadas constantes sino potenciales de electrodo. electrodo. Esto nos n os permite calcular la constante para un Determinado equilibrio como veremos más adelante.
Algunos ejemplos…
Tomado de: http://bit.ly/Ulivt9
Ejemplo Para el equilibrio redox:
La constante de equilibrio se expresa como:
Y se calcula mediante la siguiente fórmula:
Donde n es el número total de electrones intercambiados en la reacción, en este caso, n = 2.
Complejos Normalmente se encuentran en tablas valores la constante Kc o Kd (son iguales) que se refieren al equilibrio de disociación de un complejo.
También se encuentran tablas como ésta que se refieren a la constante del equilibrio de formación del complejo, Kf .
Tomado de: http://bit.ly/UtADns
Corresponde al inverso de Kd o Kc
Ejemplo Equilibrio de formación del complejo
Equilibrio de disociación o de complejación Y = ácido etilendiamintetraacético etilendiamintetraacético
Solubilidad Se le llama Kps y se refiere a la constante del producto de solubilidad. Nos indica a qué concentración un Compuesto empieza a precipitar.
Tomado de: Skoog D. A., West D. M. y Holler F. J.., "Química Analítica". Ed. Mc. Graw Hill. México. 1995
Ejemplo Para el equilibrio de solubilidad:
La forma en que se expresa la constante de equilibrio o producto de solubilidad es:
La magnitud de la constante de equilibrio nos da información sobre el sentido hacia el cual está desplazada la reacción.
Keq >1
Keq
→∞
Keq <1
La mayoría de los reactivos se han convertido en productos. Prácticamente solo existen los productos.
La mayoría de los reactivos queda sin reaccionar.
¡CUANTITATIV ¡CUANTITATIVA A NO QUIERE DECIR RÁPIDA! Una reacción puede estar favorecida termodinámicamente y tener una cinética muy lenta Imagen tomada de: http://bit.ly/U9X4zv
CINÉTICA LENTA Corrosión de metales
CINÉTICA RÁPIDA Combustión de madera
Permite predecir si un proceso ocurrirá o no, es decir, si está favorecido energéticamente. Todos los procesos tienden al estado de menor energía
Imagen tomada de: http://bit.ly/S8BOIp
Estudia la velocidad a la que se llevará a cabo una reacción química y la relaciona con variables experimentales.
Imagen tomada de: http://bit.ly/QnctHc
EJEMPLO
En el sistema N2O4(g) 2NO2(g) a 25°C se encuentra que las concentraciones en equilibrio son 0.0457M de NO2 y 0.448M de N2O4. ¿Cómo será el rendimiento de esta reacción?
Solución:
Keq = [NO2]2 [N2O4]
Keq = [0.0457]2 = 4.65 x 10-3 [0.448]
El cociente de reacción permite conocer el sentido en el que procederá la reacción cuando sólo conocemos concentraciones iniciales.
Petrucci, R.H.; Harwood, W.S.; Herring, E.G. (2003) Química
El cociente de reacción Qc se da en un instante particular de tiempo, no necesariamente en el momento en que se alcanza el equilibrio. La constante de equilibrio Kc se expresa únicamente con las concentraciones de reactivos y productos que se tienen al momento de llegar al equilibrio. http://bit.ly/PVwwiU
Ejemplo
¿Puede mantenerse indefinidamente una mezcla de 2.2 mol de O2, 3.6 mol de SO2 y 1.8 mol de SO3 en un matraz de 7.2 L a una temperatura en la que Kc = 100 para la siguiente reacción? ¿Por ¿Por qué? 2 SO2(g) + O2(g)
Qc = [SO3]2 [SO2]2[O2]
=
[0.25]2 = 0.8 [0.5]2[0.31]
2 SO3(g)
Ejercicios
Es posible obtener el valor de la constante de equilibrio desconocida para una reacción a partir de otras constantes conocidas. N2O(g) + ½ O2(g)
2 NO(g)
Kcglobal = ?
Kc = 2.7 x 10-18
N2(g) + ½ O2(g)
N2O(g)
N2(g) + O2 (g)
2 NO(g) Kc = 4.7 x 10-31
N2O(g)
N2(g) + ½ O 2(g) Kc1 = 1/2.7 x 10 -18 = 3.7 x 10 -17
N2(g) + O2 (g) N2O(g) + ½ O2(g)
2 NO(g) Kc2 = 4.7 x 10 -31 2 NO(g)
Kcglobal = Kc1Kc2 = 1.7 x 10-13
Cuando todas las sustancias involucradas en una reacción son gases, la constante de equilibrio se expresa en función de las presiones presiones parciales y se le llama Kp en vez de Kc.
Kp = Planta de producción de amoníaco Imagen tomada de:
PNH32 PN2 PH23
LEY DE DALTON
La presión total ejercida por una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de cada gas, es decir, la presión que ejercería cada componente si estuviera solo en el mismo recipiente (mismo volumen).
En términos de concentración mol /L
Kc =
[NH3]2 [N2] [H2]3 P = n RT V
Gas ideal: PV = nRT [NH3] = nNH3 = PNH3 V RT
Sustituyendo:
[H2] =
Kc =
nH2 = PH2 V RT
[N2] = nN2 = PN2 V RT
(PNH3/RT)2 (PN2 /RT)(PH2/RT)3
Kc =
(PNH3/RT)2 (PN2 /RT)(PH2/RT)3
Kc =
(PNH3)2 (RT)-1 (2-(3+1)) (PN2 )(PH2)3
-1(-2) Kc = Kp (RT)-1(-2)
RELACIÓN GENERAL ENTRE Kc Y Kp
Las estalagtitas y estalagmitas se forman por el goteo constante de agua saturada con carbonato de calcio, el cual se deposita sobre la roca caliza de la cueva. Existe un equilibrio de solubilidad .
Parque XPLOR, Quintana Roo
Grutas de Cacahuamilpa, Cacahuamilpa, Guerrero Imagen tomada de:
Imagen tomada de: http://bit.ly/QF1SrQ
La lluvia ácida representa un serio problema ambiental que afecta a grandes extensiones extensiones territoriales territoriales de Estados Unidos y Canadá. La lluvia ácida es particularmente dañina para los lagos, los arroyos y los bosques así como para las plantas y los animales que viven en estos ecosistemas.
http://bit.ly/RCDHcr
http://bit.ly/RCEdqM
Se transporta piedra caliza caliza a los lagos del este
GRANITO (Cuarzo, (Cuarzo, feldespato y mica)
PIEDRA CALIZA (Carbonato de calcio)
http://bit.ly/Qqz4Wr
El carbonato de calcio de la piedra caliza neutraliza la acidez de los lagos mediante un equilibrio ácido – base. Además mantiene el pH constante por la formación de un buffer .
Bibliografía
Garritz, A.; Gasque, L.; Martínez, A. (2005) Química Universitaria. México: Editorial Pearson Educación. Petrucci, R.H.; Harwood, W.S.; Herring, E.G. (2003) Química Pearson Educación. General. 8° edición. Madrid: Editorial Pearson Chang, R. (2002) Química. Química. 7° edición. Colombia: Editorial McGraw Hill Skoog D. A., West D. M. y Holler F. J., "Química Analítica". Ed. Mc. Graw Hill. México. 1995 Imagen tomada de:
