TEMA 7: EQUILIBRIO QUÍMICO

TEMA 7: EQUILIBRIO QUÍMICO

1. Muchas de las reacciones son reversibles. Si lo son también son capaces de llegar a un estado de equilibrio dónde las velocidades de avance e inversa son iguales.

2. SISTEMAS FÍSICOS Y QUÍMICOS

   • CARACTERÍSTICAS DEL EQUILIBRIO
     • De reactivos a productos: reacción hacia delante
     • De productos a reactivos: reacción inversa
     • 1. El equilibrio es DINÁMICO: La reacción no se detiene pero ambas reacciones (inversa y delante) siguen ocurriendo a la misma velocidad.
     • 2. El equilibrio se obtiene en SISTEMAS SELLADOS/CERRADOS: Al no intercambiar con el ambiente los productos y reactivos tienen que reaccionar entre ellos.
     • 3. Cuando hay equilibrio la CONCENTRACIÓN de productos y reactivos es CONSTANTE: Se producen y destruyen en igual velocidad.
       • Que sea constante no significa que sean iguales: tienden a la izquierda o a la derecha (dependiendo de reactivos o productos)
     • 4. En equilibrio NO hay CAMBIO en propiedades MACROSCÓPICAS: No cambian por que dependen de la concentración de los compuestos
     • 5. Se PUEDE obtener equilibrio en ambas DIRECCIONES
   • SISTEMA FÍSICO
     • Si nos fijamos en el Br2 (líquido volátil) su punto de ebullición es parecido a la temp. ambiente y por lo tanto se si mete en un contendor sellado parte de las partículas son capaces de pasar a estado gaseaos (ebullición). Al no poder escapar la presión aumenta. Cuando estas partículas chocan con la superficie líquida se condensan volviéndose de nuevo líquido.
       • La velocidad de concentración aumenta con la presión (más partículas chocan con el líquido). Llegará un punto en el que la velocidad de condensación será igual que la de ebullición. No habrá ningún cambio neto en las cantidades de gas y líquido, estado de equilibrio.
   • SISTEMA QUÍMICO
     • Considerando la reacción:
       • En el contenedor sellado se observará como aumenta el color morado con la producción de I2 (g) hasta que se detiene. Lo que ha ocurrido es que la disociación del HI es más rápida al comienzo de la reacción, cuando está más concentrado. En la reacción inversa, la velocidad inicial es 0 (no hay ni H2 ni I2). Llega un punto en el que la velocidad de la disociación del HI es igual a la asociación del H2 y el I2 (Las concentraciones se vuelven constantes). ésto se describe como equilibrio dinámico.

3. Kc y Q

   • LA Kc SE PUEDE PREDECIR MEDIANTE UNA REACCIÓN ESTEQUIMÉTRICA
     • • Para encontrar el patrón hay que fijarse en la estequiometría de la reacción. Al procesar los datos se averigua la Kc, éste valor es fijo a temperatura constante.
         • • En esta ecuación la [productos] se encuentra en el numerador.
             • Cada concentración esta elevada al coeficiente de la reacción equilibrada
               • Cuando hay más de un reactivo o producto, se multiplican
   • Kc = constante de equilibrio
   • Q= Cociente de la reacción
   • LA MAGNITUD DE Kc DA INFO. SOBRE EL AVANCE DE LA REACCIÓN
     • Cuanto mayor sea el valor de Kc significará que hay más reactivos que productos, la reacción tiende a la derecha.
     • Si Kc > 1 la reacción casi finaliza, gran parte de los reactivos se ha convertido en producto. Si Kc < 1la reacción a penas se lleva a cabo
   • EL COCIENTE DE REACCIÓN (Q) AYUDA A PREDECIR LA DIREACCIÓN DE LA REACCIÓN
     • Si se cogen los valores de la concentración de los productos y reactivos al mismo tiempo, cuando la reacción no se encuentra en equilibrio y se sustituyen en la ecuación del equilibrio constante se obtiene la Q, cociente de la reacción.
       • El valor de Q cambia según la dirección de Kc
   • RELACIONES DE Kc PARA DISTINTAS ECUADIONES DE UNA REACCIÓN
     • Si consideramos:
       • 1. Kc para la reacción inversa: la constante de equilibrio de una reacción es recíproca a la de la inversa
       • 2. Kc para una reacción múltiple

4. ¿QUE PUEDE PRODUCIR CAMBIOS EN EL EQUILIRBIO?

   • Princpio de Le Chatelier: "Si se presenta una perturbación externa sobre un sistema en equilibrio, el sistema se ajustará de tal manera que se cancele parcialmente dicha perturbación en la medida que el sistema alcanza una nueva posición de equilibrio."
     • CAMBIOS EN LA CONCENTRACIÓN
       • Al aumentar la concentración de uno de los reactivos, la velocidad de la reacción hacia delante aumentará y por lo tanto las reacción no serán iguales. Cuando el equilibrio se reestablezca las concentraciones de reactivos y productos serán diferentes a favor de los productos. El sistema responderá eliminando reactivo, Kc se mantendrá constante
     • CAMBIOS EN LA PRESIÓN
       • Si una reacción en equilibrio se somete a un aumento de tmepreatura el sistema disminuirá la presión favoreciendo el lado con el menor número de moléculas. Si la temperatura se mantiene constante Kc también.
     • CAMBIOS EN LA TEMPERATURA
       • El aumento de la temperatura causa que aumente el valor de Kc, para una reacción endotérmica y para una exotérmica significa que el valor de Kc disminuya.
     • USO DE UN CATALIZADOR
       • Los catalizadores no cambian la posición de la reacción ni el rendimiento. Permiten que el equilibrio de la reacción se alcance más rápido, no cambian el valor de Kc.

5. PROCESOS INDUSTRIALES Y EQUILIRBIO

   • El proceso de HABER: Producción de amoniaco NH3
     • De la ecuación se deduce que: todos los reactivos son gases, hay un cambio en las moléculas de gas entre los reactivos y los productos (4 en la izquierda y 2 a la derecha), la reacción hacia delante es exotérmica,
       • [ ]: Se retira el producto de NH3 a medida que se va creando. Aumenta el rendimiento y tiende a la derecha
         • P: Al disminuir el volumen de moléculas gas, se verá favorecida por un aumento de presión. La P en el proceso de Haber suele ser de 2*10^7 Pa
           • T: Al ser una reacción exotérmica, la temperatura será menor. La temperatura suele ser al rededor de 450 º C
             • Catalizador: Aumentará la velocidad de reacción y es usado para compensar la temperatura media usada. (Fe, Al, Mg)
   • El proceso de CONTACTO: Producción de ácido sulfúrico, H2SO4
     • P: La reacción hacia delante conlleva la disminución de las moleculas gas (de tres a dos), altas presiones favorecerán el producto. 2*10^5 Pa
       • T: Al ser exotérmica, las bajas temperaturas aumentarán el rendimiento del equilibrio pero disminuirán la velocidad. 450º C
         • Catalizador: aumenta la velocidad de reacción . V2O5
   • La producción de Metanol, CH3OH
     • P: La reacción hacia delante reduce el número de moléculas gas (3 a 1) temperaturas altas favorecerán el producto. 5-10*10^6 Pa
       • T: Al ser exotérmica, las bajas temperaturas aumentarán el rendimiento del equilibrio pero disminuirán la velocidad. 250ºC
         • Catalizador: Aumenta la velocidad de reacción. Cu-ZnO-Al2O3

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