Title: FISICOQUIMICA TEORICO 11 1906
1- FISICOQUIMICA TEORICO 11 (1-9-06)
- QuĆmica FĆsica, Atkins, sexta ediciĆ³n
- CapĆtulo 9 Equilibrio quĆmico
- Respuesta del equilibrio a las condiciones
- 9.2 Como responde el equilibrio a las variaciones
de presiĆ³n. - 9.3 La respuesta del equilibrio a las variaciones
de temperatura.
2- Siendo DrGĀŗ definido a 1 atm, Kp es independiente
de la presiĆ³n. - La posiciĆ³n de equilibrio varĆa con la presiĆ³n
total si el cambio en el nĆŗmero de moles de la
reacciĆ³n, Dn, es distinto de 0. -
- Ejemplo Para la reacciĆ³n
- N2(g) 3 H2 (g) 2 NH3 (g)
3N2(g) 3 H2 (g) 2 NH3 (g)
- Si PĀŗ 1 atm
- Kp P2NH3/ PN2 P3H2 Kp independiente de
PT - Kp (xNH3. PT)2/ (xN2. PT) (xH2. PT)3
- Kp (x 2NH3 / xN2 x3H2 )(1/ PT2)
- Kp. PT2 x 2NH3 / xN2 x3H2
- La relaciĆ³n de x es funciĆ³n de la PT
4- Generalizando
- Kp Kx (P/PĀŗ) Dn
- Dn suma de coeficientes estequimƩtricos de los
productos menos la suma de los reactivos. - En reacciones con gases ideales, Kp es
independiente de la P. Sin embargo, a menos que
Dn sea igual a cero, Kx dependerĆ” de la presiĆ³n.
5- Siendo que DrGĀŗ se define a una presiĆ³n fija es
independiente de la presiĆ³n a la que se
estableciĆ³ el equilibrio, y como la constante de
equilibrio termodinĆ”mica Kp se relaciona con DGĀŗ -
- dKp 0
- dP T
6- Variaciones de presiĆ³n
- a) Incremento de la presiĆ³n por adiciĆ³n de gas
inerte - No afecta la composiciĆ³n de equilibrio de gases
ideales. - b) CompresiĆ³n
- Puede ajustar las presiones parciales de los
reactivos y productos manteniendo su relaciĆ³n
constante ya que la Kp es independiente de la
presiĆ³n.
7Cuando se comprime una reacciĆ³n en equilibrio, la
reacciĆ³n responde reduciendo el nĆŗmero de
molƩculas de la fase gas.
8- A(dĆmero) 2 B (monĆ³mero)
- K (P2B/PĀŗ2)/ (PA/PĀŗ) P2B/ PA PĀŗ
- Frente a un aumento de presiĆ³n externa, Kp
permanecerĆ” constante sĆ³lo si un incre-mento en
PA contrarresta un incremento en P2B. Este
incremento se producirĆ” si la composiciĆ³n en el
equilibrio se desplaza hacia A (dĆmero) a
expensas de B. - El nĆŗmero de molĆ©culas de A aumenta a medida que
disminuye el V y PA aumenta mĆ”s rĆ”pido que sĆ³lo
por cambio de V.
9- El incremento en el nĆŗmero de molĆ©culas de A y
disminuciĆ³n en el de B provocados por la
compresiĆ³n es un caso especial del Principio de
Le Chatelier Cuando se perturba un sistema en
equilibrio, Ć©ste responde de forma que se
minimiza el efecto de la perturbaciĆ³n. - AsĆ, si se comprime el sistema en equilibrio la
reacciĆ³n se ajustarĆ” minimizando el aumento de
presiĆ³n por reducciĆ³n en el nĆŗmero de partĆculas
en fase gas. - A 2 B
10MediciĆ³n de Kp
- MĆ©todos de flujo La mezcla se pasa sobre el
catalizador en un tubo calentado en un horno,
enfriando los gases de salida en ausencia de cat.
sin interrumpir el eq. - Si la reacciĆ³n a volumen cte provoca cambio en la
presiĆ³n, conociendo la composiciĆ³n de la mezcla
inicial, la Peq permite conocer la composiciĆ³n en
eq.
11- QuĆmica FĆsica
- Atkins, sexta ediciĆ³n
- CapĆtulo 9 Equilibrio quĆmico
- Reacciones quĆmicas espontĆ”neas
- 9.1 El mĆnimo de energĆa de Gibbs
- Respuesta del equilibrio a las condiciones
- 9.2 Como responde el equilibrio a las variaciones
de presiĆ³n. - 9.3 La respuesta del equilibrio a las variaciones
de temperatura.
12VariaciĆ³n de Kp con la Temperatura
- DrGĀŗ/T -R ln Kp
- (d (DrGĀŗ/T)/dT)P - DrHĀŗ/T2
- (d lnKp/dT)P DrHĀŗ/RT2 Ec. de vant Hoff
- IntegraciĆ³n suponiendo DHĀŗ constante
- lnKp - DrHĀŗ/RT constante
- Si el intervalo de temp es amplio se debe
integrar la funciĆ³n de DHĀŗ con la temp.
13- ReacciĆ³n exotĆ©rmica d lnK/ dT lt 0
- El aumento de temperatura favorece los
reactivos. - Fundamento termodinƔmico
- DrG DrH - T DrS - DrG/T - DrH/T DrS
- - DrH/T corresponde a DSmediogt0 y favorece la
formaciĆ³n de productos. Al aumentar la T, DSmedio
tiene menor influencia y el equilibrio se
desplaza en menor extensiĆ³n hacia la derecha.
14Efecto del aumento de la temperatura sobre el
equilibrio quĆmico
ReacciĆ³n endotĆ©rmica ReacciĆ³n exotĆ©rmica Favorece
los productos Favorece los reactivos
15AplicaciĆ³n a sistemas escogidos
- ExtracciĆ³n de metales a partir de sus Ć³xidos
- Los metales se pueden obtener por reducciĆ³n de
sus Ć³xidos - con C o CO si cualquiera de los equilibrios estĆ”
desplazado a - la derecha (Kgt1 DGlt0)
- MO(s) C(s) M(s) CO(g)
- MO(s) 1/2C(s) M(s) 1/2 CO2(g)
- MO(s) CO(s) M(s) CO2(g)
16- Acidos y bases
- Los Ɣcidos y bases fuertes son los que presentan
un mĆnimo de la energĆa de Gibbs de la disoluciĆ³n
situado cerca de los productos los Ɣcidos y
bases dĆ©biles presentan el mĆnimo cerca de los
reactivos.
17- Actividad biolĆ³gica la termodinĆ”mica del ATP
- La funciĆ³n del ATP es almacenar energĆa que se
extrae al metabolizar los alimentos, para
suminis-trarla segĆŗn convenga. - ATP(aq) H2O(l) ADP(aq) Pi(aq) H3O(aq)
- Esta reacciĆ³n es exergĆ³nica y puede conducir a
una reacciĆ³n endergĆ³nica si se dispone de las
enzimas adecuadas. - El anƔlisis de estas reacciones requiere
considerar estados standard biolĆ³gicos.
18- RelaciĆ³n entre el potencial de la pila y el DG de
la reacciĆ³n - El impulsor de la pila (el potencial) es
proporcio-nal a la pendiente de la representaciĆ³n
de G frente al avance de la reacciĆ³n. La reacciĆ³n
que estĆ” lejos del equilibrio (pendiente elevada)
tendrĆ” tendencia a expulsar los e- al circuito
externo. Cuando la pendiente es cercana a cero
(reacciĆ³n de la pila estĆ” cerca del equilibrio)
el potencial de la pila es pequeƱo.
19(No Transcript)
20RelaciĆ³n entre el potencial de la pila y DrG
- Cuando la reacciĆ³n de la pila avanza, a una
composiciĆ³n dada - DrG ( dG)
- de P,T
- Por lo tanto dG DrG de
- dwe DrG de
- Este trabajo es infinitesimal, asĆ la
composiciĆ³n del sistema se mantiene virtualmente
constante - cuando se produce.
21- Cuando la reacciĆ³n avanza de, se transfieren nde
electrones desde el Ɣnodo al cƔtodo. - Siendo la carga de un mol de electrones
- - eNA, la carga total serĆ” - nde e NA
- Como eNA F
- carga total transportada - n F de
- AdemƔs, el trabajo realizado cuando se transporta
una carga infinitesimal es igual al producto de
la carga por la diferencia de potencial E - dwe - n F E de
22- Es decir,
- dwe DrG de
- dwe - n F E de
- Por lo tanto
- DrG de - n F E de
- Simplificando de
- DrG - n F E
- EcuaciĆ³n clave para relacionar las medidas
elƩctricas y las magnitudes termodinƔmicas.
23 CƔlculo de parƔmetros termodinƔmicos de una
reacciĆ³n en fase gaseosa
- N2O4 (g) 2 NO2 (g)
- KpP2NO2/PN2O4
- lnKp- DHĀŗ/R(1/T)DSĀŗ/R lnKpf (1/T)
- 1) - pendiente R DHĀŗ
- 2) Kp a 298K se extrapola del grƔfico y se
calcula el DGĀŗ DGĀŗ - RT ln Kp - 3) CĆ”lculo de DSĀŗ DSĀŗ - (DGĀŗ - DHĀŗ)/ T
- 4) ComparaciĆ³n con valores de tablas
- DHĀŗ 58 kJ/mol DSĀŗ178 J/mol DGĀŗ4.96 kJ/mol
24- QuĆmica FĆsica
- Atkins, sexta ediciĆ³n
- CapĆtulo 7 Mezclas simples
- DescripciĆ³n termodinĆ”mica de las mezclas
- 7.1 Magnitudes molares parciales
- 7.2 TermodinƔmica de mezcla
- 7.3 Potenciales quĆmicos de lĆquidos
25Potencial quĆmico (m) o EnergĆa libre de Gibbs
molar parcial (P y T)
- Es el potencial bƔsico que impulsa a los
procesos y a las reacciones, a P y T constantes,
indicando su direcciĆ³n y espontaneidad. - La materia fluye de un alto potencial quĆmico a
un bajo potencial quĆmico. - ?i gt ?f ? ?? ? 0 ?
espontaneidad - Para una sustancia pura m (dnGm/dn)T,p
Gm - Es una propiedad intensiva, expresada en
energĆa/mol.
26Cantidades Molares Parciales
- CĆ³mo se basan las funciones termodiĆ”micas
extensivas (V, U, S, G, H) en la composiciĆ³n de
la soluciĆ³n?
27- Que pasa si se agrega 1 mol de agua a un volumen
grande de agua? - El cambio de volumen que se registra es el
volumen molar del agua. Vagua 18 cm3/mol. - Que pasa si se agrega 1 mol de agua a un volumen
grande de etanol? - El cambio de volumen que se registra es el
volumen molar parcial del agua. Vagua 14
cm3/mol.
28- El volumen ocupado por un nĆŗmero dado de
molƩculas de agua depende de la identidad de las
molƩculas que la rodean. - La cantidad 14 cm3 es el volumen molar parcial
del agua en etanol puro. - El volumen molar parcial de una sustancia A en
una mezcla es la variaciĆ³n de volumen producida
por la adiciĆ³n de un mol de A a un elevado
volumen de mezcla.
29- Los volĆŗmenes molares parciales varĆan con la
composiciĆ³n, ya que el entorno de cada tipo de
molĆ©cula cambia, cuando lo hace la composiciĆ³n
desde A puro hasta B puro. - Esto es consecuencia del cambio en el entorno
molecular y la consiguiente modificaciĆ³n de las
fuerzas que actĆŗan entre las molĆ©culas.
30(No Transcript)
31- Cantidad molar parcial es una funciĆ³n de estado
intensiva. - El volumen molar parcial depende de la
composiciĆ³n de la soluciĆ³n. - El volumen molar parcial de un componente es el
cambio en volumen de la soluciĆ³n cuando un mol
del componente se disuelve a T y P ctes en un
volumen muy grande de soluciĆ³n de composiciĆ³n
especĆfica.
32- Vj dV
- dnj P,T, n
- El volumen molar parcial es la pendiente de la
representaciĆ³n del volumen total frente a la
variaciĆ³n de la cantidad J, manteniendo constante
la presiĆ³n, la temperatura y la cantidad del
resto de los componentes.
33(No Transcript)
34- dV dV dnA dV dnB
- dnA P,T, nB dnB P,T,
nA - dV VA dnA VB dnB
- Integrando sin variar la composiciĆ³n
- V nA VA nB VB
35MediciĆ³n de PMP
- MĆ©todo de la pendiente
- Se mide la dependencia del volumen con la
composiciĆ³n y se ajusta el volumen observado en
funciĆ³n de la cantidad de sustancia mediante un
programa de ajuste no lineal. Hallada la funciĆ³n,
por diferenciaciĆ³n se determina la pendiente a
cualquier composiciĆ³n de interĆ©s.
36- VB A B nA C (nA2-1) - nA (B 2 C nA)
- nB
- VB A B nA C (nA2-1) - nA B - 2C nA2
- nB
- Simplificando B nA
- VB A C nA2-C - 2C nA2 A - C nA2-C
- nB nB
- VB A - C (nA2 1)
- nB
37- Los volĆŗmenes molares son siempre positivos.
- Los volĆŗmenes molares parciales pueden ser
negativos. Ejemplo - El volumen molar parcial del MgSO4 en agua al
lĆmite de concentraciĆ³n cero, es de - -1.4 cm3 mol-1.
- Implica una contracciĆ³n de volumen porque la sal
rompe la estructura abierta del agua al
hidratarse los iones, produciendo una ligera
compactaciĆ³n.
38- QuĆmica FĆsica, Atkins, sexta ediciĆ³n
- CapĆtulo 9 Equilibrio quĆmico
- Respuesta del equilibrio a las condiciones
- 9.2 Como responde el equilibrio a las variaciones
de presiĆ³n. - 9.3 La respuesta del equilibrio a las variaciones
de temperatura. - CapĆtulo 7 Mezclas simples
- DescripciĆ³n termodinĆ”mica de las mezclas
- 7.1 Magnitudes molares parciales
39- 2. FĆsicoquĆmica, Ball, primera ediciĆ³n
- CapĆtulo 4 EnergĆa libre y potencial quĆmico
- 4.8 Potencial quĆmico y otras cantidades molares
parciales.