Equilibrio químico en sistemas ideales

Equilibrio químico en sistemas ideales

1. Equilibrio material

   • Significa que en cada fase de un sistema cerrado, el número de moles de cada sustancia presente no varía a lo largo del tiempo
     • Equilibrio de fases
       • No hay transferencia de materia de una fase a otra
     • Equilibrio químico (de reacción)
       • No hay cambios de composición debido a reacciones químicas
     • Para facilitar la discusión del equilibrio material se introducen dos funciones de estado
       • Función de Helmholtz
         • A=U-TS
           • Sistema cerrado en equilibrio, T y V cosntantes A=0
       • Función de Gibbs
         • G=H-TS
           • Sistema cerrado en equilibrio, T y P cosntantes A=0
             • ∆ G < 0 La reacción es espontánea
               • Espontanea a todas las T
                 • ∆ H < 0 ; ∆ S > 0
               • Espontanea a T altas
                 • ∆ H > 0 ; ∆ S > 0
               • Espontanea a T bajas
                 • ∆ H < 0 ; ∆ S < 0
             • ∆ G > 0 La reacción no es espontánea
               • ∆ H > 0 ; ∆ S < 0
             • ∆ G = 0 La reacción está en equilibrio

2. ENTROPÍA Y EQUILIBRIO

   • Considerando un sisteme aislado que:
     • No está en equilibrio material.
       • Procesos irreversibles que aumentan la entropía
     • Está en equilibrio material.
       • Entroía alcanza su valor máximo
   • Considerando un sistema cerrado (sistema NO aislado)
     • Tomamos el sistema más el entorno, con el que interacciona, como un sistema aislado
       • La condición para el equilibrio material en el sistema es la entropía total del sistema más la de su entorno
         • S sistema + S entorno es máxima
   • El equilibrio químico se estudia generalmente bajo uno de dos tipos de condiciones:
     • Reacciones en las que intervienen gases
       • Los productos químicos se introducen en un recipiente de V constante, permitiendo que el sistema alcance el equilibrio a V y T constantes en un baño a T cte
     • Reacciones en disoluciones líquidas
       • El sistema se mantiene a P atmosférica, y se alcanza el equilibrio a T y P constante
     • Para encontrar criterios de equilibrio en estas condiciones, consideramos:
       • Un sistema (cerrado) que esta en equilibrio térmico y mecánico, pero no en equilibrio material
         • dS sist > dq sist /T ó dS > dq irrev /T
         • Cuando el sistema ha alcanzado el equilibrio material, cualquier proceso infinitesimal es un cambio de un sistema en equilibrio a uno infinitesimalmente próximo al equilibrio, y por tanto es un proceso reversible . Así en el equilibrio material se tiene
           • dS≥dq /T
             • El signo de igualdad se cumple cuando el sistema esta en equilibrio material
             • Para una reacción química irreversible o un cambio de fase irreversible, dS es mayor que dq /T , debido al desorden adicional creado en el sistema por el cambio material irreversible
           • En términos de energía interna
             • du ≤ TdS + dw
               • El signo igual corresponde a un sistema en el equilibrio material
               • El signo menor indica que el sistema cerrado sufrirá una transformación espontanea