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Equilibrio químico Capítulo 14

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El equilibrio es un estado en que no hay ningún cambio notable mientras transcurre el tiempo . Equlibrio químico se alcanza cuando: •

las velocidades de las reacciones directa e inversa se igualan y

•

las concentraciones de los reactivos y productos permanecen constantes Equilibrio físico H 2O ( l)

H2O (g)

Equilibrio químico N2O4 (g)

2NO2 (g) 14.1

N2O4 (g)

2NO 2 (g)

Tiempo

Al principio con NO2

Concentración

equilibrio

Concentración

Concentración

equilibrio

Tiempo

Al principio con N2O4

equilibrio

Tiempo

Al principio con NO2 & N2O4

14.1

Concentración

Tiempo Concentración

Tiempo Concentración

Tiempo

constante

14.1

N2O4 (g) K=

2NO 2 (g)

[NO2]2 [N2O4]

aA + bB K=

[C]c[D] d [A]a[B]b

= 4.63 x 10-3

cC + dD Ley de acción de masa

El equilibrio será K >> 1 K Kc el sistema procede de derecha a izquierda para alcanzar el equilibrio • Qc = Kc el sistema está en equilibrio • Qc < Kc el sistema procede de izquierda a derecha para alcanzar el equilibrio

Reactivos →Producos

Equilibrio: no hay cambio neto

Reactivos ←Producos

14.4

Cálculo de las concentraciones de equilibrio 1. Exprese las concentraciones de equilibrio de todas las especies en términos de las concentraciones iniciales y una sola variable x que representan el cambio en la concentración. 2. Escriba la expresión de la constante de equilibrio en términos de las concentraciones de equilibrio. Sabiendo el valor de la constante de equilibrio, resuelva para x. 3. Habiendo resuelto para x, calcule las concentraciones de equilibrio de todas las especies.

14.4

A 1280 0C la constante de equilibrio (K c) para la reacción Br 2 (g)

2Br (g)

Es 1.1 x 10-3 . Si las concentraciones iniciales son [Br 2] = 0.063 M y [Br] = 0.012 M, calcule las concentraciones de estas especies en equilibrio. Sea x el cambio en la concentración de Br 2 Br 2 (g)

2Br (g)

Inicial (M)

0.063

0.012

Cambio (M)

-x

+2x

Equilibrio(M)

0.063 - x

0.012 + 2x

[Br]2 Kc = [Br2]

(0.012 + 2x)2 = 1.1 x 10-3 Kc = 0.063 - x

Resuelva para x 14.4

2

-3 (0.012 + 2x) = 1.1 x 10 = 0.063 - x 4x2 + 0.048x + 0.000144 = 0.0000693 – 0.0011x 4x2 + 0.0491x + 0.0000747 = 0 -b ± √b2 – 4ac 2 x= ax + bx + c =0 2a

Kc

x = -0.0105 x = -0.00178 Br2 (g)

2Br (g)

Inicial(M)

0.063

0.012

Cambio(M)

-x

+2x

0.063 - x

0.012 + 2x

Equilibrio(M)

En equilibrio, [Br] = 0.012 + 2x = -0.009 M o 0.00844 M En equilibrio, [Br 2] = 0.062 – x = 0.0648 M 14.4

Principio de Le Châtelier Si una tensión externa se aplica a un sistema en equilibrio, el sistema se ajusta de tal manera que la tensión se compensa parcialmente, así el sistema alcanza una nueva posición de Equilibrio Equilibrio equilibrio. inicial

Cambio

final

• Cambios en la concentración

El equilibrio desplaza a la izquierda para compensar la tensión

2NH3 (g) Add NH3

Concentración

N2 (g) + 3H2 (g)

Tiempo

14.5

Principio de Le Châtelier • Cambios en la concentración (continuación) Remove Add

Remove Add

aA + bB

cC + dD

Cambios

Desplazamiento del equilibrio

Aumenta la concentración del producto(s) Dismunuye la concentración del producto(s) Aumenta la concentración del reactivo(s) Dismunuye la concentración del reactivo(s)

izquierda derecha derecha izquierda 14.5

Principio de Le Châtelier • Cambios en el volumen y presión A (g) + B (g)

Cambio Aumenta la presión Disminuye la presión Aumenta el volumen Disminuye el volumen

C (g)

Desplazamiento del equilibrio Lado con menos moles de gas Lado con más moles de gas Lado con más moles de gas Lado con menos moles de gas

14.5

Principio de Le Châtelier • Cambios en la temperatura Cambio

Rx exotérmica

Aumenta la temperatura K disminuye Disminuye la temperature K aumenta

Rx endotérmica K aumenta K disminuye

• Adicionando un catalizador • no cambia K • no desplaza la posición de un sistema en equilibrio • el sistema alcanzará el equilibrio más pronto

14.5

Energía potencial

Energía potencial

Sin catalizador Avance de la reacción

Catalizador Avance de la reacción

El catalizador baja E a para ambos avances y reacciones inversas . El catalizador no cambia la constante de equilibrio o desplazamiento en el equilibrio

14.5

Principio de Le Châtelier

Cambio

Desplazamiento en el equilibrio

Cambio en la constante de equilibrio

Concentración

sí

no

Presión

sí

no

Volumen

sí

no

Temperatura

sí

sí

no

no

Catalizador

14.5...