Equilibrio Quimico

Equilibrio químico

El equilibrio químico es un estado en el que no se observan cambios a medida que transcurre el tiempo.

Ello no significa que la reacción se haya parado ya que continuamente los reactivos se estan convirtiendo en productos y llegado el momento, los productos se convierten en reactivos a la misma velocidad. Es decir:

El equilibrio químico se consigue cuando existen dos reacciones opuestas que tienen lugar simultáneamente a la misma velocidad.

Es importante diferenciar entre el equilibrio en términos de velocidad en el que las velocidades directa e inversa son iguales, con el equilibrio en términos de concentraciones, donde estas pueden ser, y normalmente son, distintas.

De lo anterior se puede deducir que el sistema evolucionará cinéticamente en un sentido u otro, con el fin de adaptarse a las condiciones energéticas más favorables. Cuando estas se consiguen diremos que se ha alcanzado el equilibrio ( G = 0)

Constante de equilibrio

Relacionaba las concentraciones de los reactivos y productos en el equilibrio (depende

de la temperatura).

>

aA + bB < cC + dD

Para una reacción genérica

Sean Vd e Vi las velovidades de reacción directa e inversa, siendo Vd = Vi por tratarse de una reacción en estado de equilibrio, se obtiene Kc, la c indica que se da en función de la concentración.

Kd

Kc=

Ki

[C]c.[D]d

Kc=

La Ley de acción de masas se define como:

En un proceso elemental, el producto de las concetraciones en el equilibrio de los productos elevadas a sus respectivos coeficientes estequiométricos, dividido por el producto de las concentraciones de los reactivos en el equilibrio elevadas a sus respectivos coeficientes estequiométricos, es una constante para cada temperatura llamada constante de equilibrio.

La magnitud Kc mide el grado en que se produce una reacción, asi:

• Cuando Kc > 1 indica que en el equilibrio la mayoría de los reactivos se convierten en productos.

• Cuando Kc se aproxima a infinito (es grande), en el equilibrio prácticamente solo existen los productos.

• Cuando Kc < 1, indica que cuando se establece el equilibrio, la mayoría de los reactivos quedan sin reaccionar, formándose solo pequeñas cantidades de productos.

Cociente de reacción

Es la aplicación de la ley de acción de masas para una reacción general que no haya conseguido alcanzar el equilibrio

[C]c.[D]d

Q=

[A]a.[B]b

Donde Q es el cociente de reacción y las concentraciones expresadas en él no son las concentraciones en equilibrio.

• Si Q < Kc predomina la reacción hacia la derecha, hasta llegar al equilibrio (hacia productos disminuyen los reactivos)

• Si Q = Kc el sistema está en equilibrio.

• Si Q > Kc predomina la reacción hacia la izquierda, hasta llegar al equilibrio (hacia reactivos disminuyen los productos).

Principales características del equilibrio

• El estado de equilibrio se caracteriza porque sus propiedades macroscópicas no varían con el tiempo.

• La temperatura es la variable fundamental que controla el equilibrio (aunque no existe proporcionalidad directa entre temperatura y constante de equilibrio)

• La Kc corresponde al equilibrio expresado de una forma determinada, de manera que si se varía el sentido del mismo, o su ajuste estequiométrico, cambia también el valor de la nueva constante.

Otras formas de expresar la constante de equilibrio

Si las especies intervinientes fueran gases en la reacción

>

aA + bB < cC + dD

Obtendríamos:

PCc.PDd

Kp=

PAa.PBb

Siendo la presión parcial en el equilibrio de la sustancia C, y asi sucesivamente.

La presión parcial se calcula:

Siendo la fracción molar, moles de una sustancia entre moles totales:

na

Xa =

nT

Otra manera menos frecuente de expresar la constante de equilibrio es en función de las fracciones molares Kx que adopta la misma dorma que Kp pero en lugar de poner las presiones parciales de las sustancias reaccionantes, se escriben las fracciones molares de las mismas.

Nota: no aparecen sólidos en las constantes.

Relación entre las constantes de equilibrio

Kc = Kp.(RT) n

• Si Kc tiene un valor alto, la reacción química se desplaza hacia los productos.

• Si Kc tiene un valor bajo, la evolución del equilibrio ha sido desfavorable para los productos.

Relación entre las constantes de equilibrio y el grado de disociación

Una de las grandes aplicaciones de la ley de equilibrio químico es, precisamente, el cálculo del rendimiento de una reacción química, es decir, el grado de desplazamiento del equilibrio hacia los productos, conocida la Kc.

El grado de disociación en tanto por uno de un proceso químico se define como:

El cociente entre el número de moles disociados dividido por el número total de moles iniciales.

Número de moles o moléculas disociados o perdidos

Número de moles o moléculas iniciales

Multiplicando el cociente anterior por 100 obtendríamos el grado de disociación expresado en tanto por ciento, lo cual daría una idea de la evolución del equilibrio. Sus valores oscilarán entre 0 y 1.

Factores que modifican el equilibrio. Ley de Chatelier.

Existen diversos factores capaces de modificar el estado de equilibrio de un proceso químico como son la temperatura, la presión y el efecto de las concentraciones.

Si en un sistema en equilibrio se modifica alguno de los factores que influyen en el mismo (temperatura, presión o concentración), el sistema evoluciona de forma que se desplaza en el sentido que tienda a contrarrestar dicha variación.

• Efecto de la temperatura.

En los procesos endotérmicos el aumento de temperatura favorece el proceso porque necesita aporte de energía. En un proceso exotérmico la temperatura no debe ser muy alta, pero si se baja demasiado la reacción sería mas lenta porque no habría apenas choques. En las exotérmicas el aumento de temperatura entorpece la reacción. En general la reacción se desplaza en el sentido que absorba calor, es decir, que sea endotérmica.

• Efecto de la presión

Una variación de presión en un equilibrio químico influye solamente cuando en el mismo intervienen gases y hay variación del número de moles. Si aumenta p, el sistema se desplazará hacia donde existan menor número de moles (porque ocupan menos espacio) para así contrarrestar el efecto de disminución de V, y viceversa. (mayor presión menor volumen)

• Efecto de las

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