Tema 7: Equilibrio

Sistemas Físicos
1. Un número significante de partículas consiguen la energía para escapar de estado liquido por vaporización
  1. Como el contenedor esta sellado este proceso puede ser reversible en forma de condensación
Sistemas Químicos
1. La velocidad de la disociación se iguala a la velocidad de asociación y se vuelve constante
Constante de equilibrio --> K
1. La K varia dependiendo de las reacciones
  1. Para el equilibrio hay proporcionalmente más productos que reactivos
  2. No da información de la velocidad de la reacción
Características
1. Puede ser hacia delante: de reactivos a productos o viceversa
  1. Reactivos
  2. Productos
  3. -->
  4. <--
2. No cambian las propiedades macrocópicas
  1. Estas propiedades dependen de la concentración de los componentes
3. Equilibrio dinámico
  1. Misma velocidad
  2. Aun cuando llega el equilibrio sigue reaccionando
4. Sistema cerrado
  1. No se intercambia material con el exterior
5. Concentración de los productos y reactivos constante
  1. Se producen y destruyen a la misma velocidad
Equilibrio interrumpido
1. Cambios en la temperatura
  1. Al cambiar la temperatura cambia la Kc. Para averiguar como varía la temperatura se hace calculando la entalpia.
    1. En las reacciones endotérmicas el valor de Kc aumenta debido a que aumenta la temperatura y en las reacciones exotérmicas al contrario.
      1. Cambia el valor de K y la posición del equilibrio.
2. Cambios con catalizadores
  1. Un catalizadro acelera la velocidad de reaccion al proporcionar una vía de reacción alternativa. Esto aumenta el numero de partículas que tienen suficiente energía para reaccionar sin aumentar la temperatura.
    1. El catalizador no aumenta el rendimiento de equilibrio del producto en una reacción, sin embargo, acelera el logro del estado de equilibrio y por tanto hace que los productos se formen más rápido.
      1. El valor de K no cambia ni tampoco la posición
3. Cambios en la presión
  1. Existe una relación directa entre el número de las moléculas en un gas y la presión de este en cierto volumen
    1. < de número de partículas: el sistema responde disminuyendo la presión favoreciendo el lado con el menos numero de partículas
      1. Lo mismo pasa en viceversa en caso de que el numero de las moléculas sea menor
  2. A pesar de que el equilibrio cambie, el valor de Kc no varia siempre y cuando la temperatura sea igual
4. un sistema en equilibrio cuando se somete a un cambio responderá de tal manera que se minimice el efecto del cambio
  1. cualquier cosa que hagamos a un sistema en equilibrio, el sistema responderá de manera opuesta
5. Los equilibrios responden de manera predecible a tal situación, basándose en un principio conocido como el principio de Le Chatelier.
6. En condiciones que afectan de manera desigual las velocidades de estas reacciones, la condición de equilibrio ya no se cumplirá.
7. Un sistema permanece en equilibrio siempre que la velocidad de la reacción hacia adelante sea igual a la velocidad de la reacción hacia atrás
8. Cambios de concentración
  1. un equilibrio se rompe por un aumento en la concentración de uno de los reactivos. Esto hará que aumente la velocidad de la reacción directa mientras que la reacción inversa no se verá afectada, por lo que las velocidades de reacción ya no serán iguales.
    1. Cuando el equilibrio se restablezca, la mezcla tendrá nuevas concentraciones de todos los reactivos y productos, y el equilibrio se habrá desplazado a favor de los productos.
      1. El valor de Kc no cambiará.
        predicción del principio de Le Chatelier
  2. el equilibrio podría romperse por una disminución en la concentración del producto al eliminarlo de la mezcla de equilibrio.
    1. Como ahora disminuye la velocidad de la reacción hacia atrás, habrá un cambio en el equilibrio a favor de los productos.
Procesos Industriales
1. El principio de Le Chatelier´s permite a los químicos elegir las condiciones que harán que el equilibrio se encuentre a la derecha y así ayudar a lograr la conversión de reactivo en producto lo más alto posible.
  1. La tasa es importante debido a que tendría un valor limitado si un proceso pudiera reclamar un alto rendimiento de equilibrio del producto.
2. Proceso de Haber (producción de amoníaco)
  1. Na (g) + 3H2 (g) =2NH (g). AH=-93 Kj
    1. Todos los reactivos y productos son gases
    2. Reacción endotérmica (absorbe calor)
    3. Principio de Le Chatelier nos sugiere:
      1. Concentración: relación 1:3 , tirando el equilibrio hacia la derecha y aumentando el rendimiento
      2. Presión: alta presión, aumento de 2x107 Pa
      3. Temperatura más baja pero no demasiado porque sino sería económicamente lenta. (temp. moderada de 450 ºC
      4. Catalizador el cual acelera la tasa de producción.
3. Proceso de contacto (producción de acido sulfúrico)
  1. Implica 3 reacciones simples
    1. I) combustión de azufre para formar dióxido de azufre
    2. II) oxidación del dióxido de azufre al trióxido de azufre
    3. III) Combinación de trióxido de azufre con agua para producir ácido sulfúrico
  2. Se ha demostrado que la tasa general del proceso depende del paso 2. Con este paso podemos predecir gracias al principio de Le Chatelier que hay distintas condiciones que favorecen la formación del producto.
    1. Presión alta (2x10^5 Pa)
    2. Temperatura baja, buscando reacción exotérmica. (450ºC)
    3. Uso de catalizador (Óxido de vanadio (V))
4. Producción de metanol
  1. Se utiliza el principio de Le Chatelier para considerar las condiciones
    1. Presión alta (5-10x10^6 Pa)
    2. Temperatura baja, buscando reacción exotérmica. (250ºC)
    3. Uso de catalizador (Cu-ZnO-Al2O3)
Cociente de reacción: Q
1. permite predecir la dirección de la reacción
  1. de Kc se calcula sustituyendo el equilibrio de concentraciones de todos los reactivos y productos en la expresión constante de equilibrio.
    1. el valor de Q cambia en la dirección de Kc. Esto nos permite predecir la dirección en la que procederá la reacción.
    2. Si tomamos las concentraciones de los reactivos y productos en el mismo momento en que la reacción no está en equilibrio, y los sustituimos en la expresión constante de equilibrio, obtenemos un valor conocido como cociente de reacción, Q.
    3. si Q = Kc, la reacción está en equilibrio, no se produce ninguna reacción neta;
      1. si Q <Kc, la reacción avanza hacia la derecha a favor de los productos;
        si Q> Kc, la reacción avanza hacia la izquierda a favor de los reactivos.
Kc
1. La magnitud de Kc da info. sobre el grado de reacción
  1. Diferentes reacciones tienen diferentes valores de Kc
2. La expresión de la constante de equilibrio coloca productos en el numerador y reactivos en el denominador
  1. Un valor alto de Kc significa que en el equilibrio hay proporcionalmente más productos que reactivos
3. Si K >1, se considera que la reacción esta casi completa
4. Si K < 1 la reacción apenas ha procedido
Relación entre K
1. Para diferentes ecuaciones de una reacción
  1. Podemos manipular su valor de acuerdo con los cambios realizados en estos términos
    1. Consideramos la reacción genérica
      1. Para la cual la constante de equilibrio es:
2. Kc para la reacción inversa
  1. La constante de equilibrio para una reacción es el reciproco de equilibrio para su reacción inversa
3. Kc para un múltiplo de una reacción
  1. Triplicar los coeficientes estequiométricos llevaría a elevar al cubo el valor de Kc, la reducción a la mitad de los coeficientes estequiómetricos conduciría a una raíz cuadrada del valor de Kc y así sucesivamente.

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