Equilibrio Qumico

1
Equilibrio Químico

• Capítulo 10

2
Cuál es la dirección espontánea?

• Supongamos la reacción general A B
• Una cantidad infinitesimal de A (d?) se convierte
  en B
• Cambio en la cantidad de A presente d?
• Cambio en la cantidad de B presente d?
• ? se denomina grado de avance de la reacción. Se
  selecciona de manera que a A puro, le corresponde
  un valor de 0 (en la reacción anterior) y ? 1
  significa que un mol de A produjo un mol de B.

3
El mínimo de la función de Gibbs

• dG µAdnA µBdnB -µAd? µBd?
• Otra forma de expresar esta ecuación
• No debemos olvidar que los potenciales químicos
  dependen de la composición, varían constantemente
  en el transcurso de una reacción química. La
  reacción química procederá en la dirección en la
  que G disminuya
• Si µA gt µB, la reacción procede de A B
• Si µA lt µB, la reacción procede de A B
• Si µA µB, la reacción está A B en
  equilibrio

4
Reacciones espontáneas y no espontáneas
Exergónicas o endergónicas
5
Equilibrio de gases ideales

• Supongamos la reacción A(g) B(g), y que tanto A
  como B son gases ideales.
• La razón entre las presiones parciales se
  denomina cociente de reacción Qp, y los valores
  de la función de Gibbs estándar se pueden obtener
  de los valores tabulados para las reacciones de
  formación

6
Equilibrio A(g) B(g),

• En el estado de equilibrio

7
2A 3B C 2D

• Este es un caso particular de la reacción
  general 0 S ?J,J
• Cambio en la cantidad de A -2d?
• Cambio en la cantidad de B -3d?
• Cambio en la cantidad de C d?
• Cambio en la cantidad de D 2d?
• y dG µAdnA µBdnB µcdnC µDdnD
• dG ( 2µA 3 µB µC 2µD) d?
• En general

?Jd?
8
Si expresamos los potenciales químicos en
términos de las presiones parciales entonces
9
2A 3B C 2D
10
Equilibrio 0 S ?J,J

• En general
• Cambio en la concentración de todas las especies
• Cambio en la función de Gibbs
• Cociente de reacción
• Constante de equilibrio

?Jd?
11
Principio de Le Chatelier

• Cómo responde un sistema químico en equilibrio a
  perturbaciones externas?
• Cuando se perturba un sistema en equilibrio,
  éste responde tendiendo a minimizar el efecto de
  la perturbación
• Cambios en
• p
• T
• Concentración

12
Cambios en la presión

• ?rG? es independiente de la presión, ?
• Esto no significa que las CANTIDADES de las
  especies en equilibrio no varíen cuando la
  presión cambia
• Consideremos como ejemplo la reacción
• A 2B

13
Cambios en la presión

• Supongamos que inicialmente sólo existen n moles
  de A. En el equilibrio la cantidad de A será
• (1-ae)n
• y la cantidad de B 2aen
• Las fracciones molares presentes en el
  equilibrio
• Lo cual muestra que aunque la constante es
  independiente de la presión, las concentraciones
  de A y B dependen de ella.

14
Cambios en la presión
K 100
K 10
K 1
K 0.1
15
Cambios en la presión

• En general

16
Cambios en la temperatura
17
Cambios en la temperatura
ln K
pendiente ?rH?/R
1/T
En realidad ?rH? depende de T ecuación de
Kirchhoff
18
Cambios en la concentración

• Si
• Qc gt Kc sistema procede de derecha a izquierda
  para alcanzar el equilibrio
• Qc Kc el sistema está en equilibrio
• Qc lt Kc sistema procede de izquierda a derecha
  para alcanzar el equilibrio

19
Kp Kc(RT) S?
20
Cálculo de la concentraciones de equilibrio

• Expresa las concentraciones en el equilibrio de
  todas las especies en términos de las
  concentraciones iniciales y una sola variable x
  que representa el cambio de concentración.
• Escribe la expresión de la constante de
  equilibrio en términos de las concentraciones en
  el equilibrio. Si se conoce el valor de la
  constante de equilibrio, despeja y obtén el valor
  de x.
• Una vez conocida x, calcula las concentraciones
  de equilibrio de todas las especies.

21
La constante de equilibrio (Kc) para la
reacción es 1.1 x 10-3 a 12800C. Si las
concentraciones iniciales son Br2 0.063 M y
Br 0.012 M, calcula las concentraciones de
estas especies en el equilibrio.
Inicial (M)
0.063
0.012
Cambio (M)
-x
2x
Equilibrio (M)
0.063 - x
0.012 2x
resolver para x
22
4x2 0.048x 0.000144 0.0000693 0.0011x
4x2 0.0491x 0.0000747 0
ax2 bx c 0
x -0.00178
x -0.0105
Al equilibrio, Br 0.012 2x -0.009 M
ó 0.00844 M
Al equilibrio, Br2 0.063 x 0.063
0.00178 0.0648 M
23
Una mezcla de 0.500 moles de H2 y 0.500 moles de
I2 se coloca en un recipiente de acero inoxidable
de 1.0 L a 430oC. La constante de equilibrio K
para la reacción H2(g) I2(g) 2HI(g) es
54.3 a esta temperatura. Calcula las presiones
de H2, I2 y HI en el equilibrio.
24
(No Transcript)