13 equilibrio quimico ii 13 04 05

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Equilibrio químico II Química General e Inorgánica Clase del 13 de abril de 2005 Dr. Pablo Evelson

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Page 1: 13 Equilibrio Quimico Ii 13 04 05

Equilibrio químico II

Química General e InorgánicaClase del 13 de abril de 2005

Dr. Pablo Evelson

Page 2: 13 Equilibrio Quimico Ii 13 04 05

Principio de Le ChatelierPrincipio de Le Chatelier

Si un sistema en equilibrio se somete a

una tensión o perturbación que

cambie cualquiera de los factores

determinantes del equilibrio, el sistema

reaccionará para minimizar el efecto de

la perturbación.

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Factores que afectan el equilibrio químico

•Temperatura

•Presión

•Concentración de productos y reactivos

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N2O4 (g) 2 NO2 (g)

H° = + 58 kJ/ mol

K298 = 0,98

[NO22

Kc = [N2O4

pNO22

Kp = pN2O4

TS° = + 53 ºkJ/ mol

G° = + 5 kJ/ mol

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2 NO (g) + O2 (g) 2 NO2 (g) UVluz

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Lluvia ácida

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La única forma precisa de determinar con exactitud como responderá un equilibrio a las nuevas

condiciones es usar los principios de la termodinámica.

Sin embargo, existe una regla general que se puede utilizar para analizar rápidamente el efecto de las perturbaciones sobre equilibrios químicos.

Se denomina principio de Le Chatelier

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Efecto de la concentración de reactivos y productos

[Cc [Dd

Q = [Aa [Bb

Fuera del equilibrio, se define el cociente de reacción (Q):

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Q < K Tendencia a formarse productos

Q = K La reacción está en equilibrio

Q > K Tendencia a formarse reactivos

Predicción del sentido de la reacción

Page 11: 13 Equilibrio Quimico Ii 13 04 05

La reacción tiende a formar reactivos

La reacción tiende a formar productos

Reacción en equilibrio

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Reacción Temperatura (K) Kp

Efecto de la temperatura

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Efecto de la temperatura

Progreso de la reacción Progreso de la reacción

En

ergí

a po

tenc

ial

En

ergí

a po

tenc

ial

En

doté

rmic

a

Exo

térm

ica

Responde más a la temperatura

Responde más a la temperatura

Ea (

dire

cta) E

a (in

vers

a)

Ea (

inve

rsa)E

a (di

rect

a)

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Catalizadores

Un catalizador aumenta la velocidad directa e

inversa de una reacción

Progreso de la reacción

En

ergí

a po

tenc

ial

Reactivos

Productos

Camino original

Ea del camino catalizado

Camino catalizado

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Energía libre de Gibbsy

constantes de equilibrio

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G = H - TS

G = H - TS

Sólo vale para el sistema, a presión y temperatura constantes.

Energía libre de GibbsEnergía libre de Gibbs

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G > 0 Proceso no espontáneo

G < 0 Proceso espontáneo

G = 0 Equilibrio

La energía libre de Gibbs como La energía libre de Gibbs como criterio de espontaneidadcriterio de espontaneidad

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El cambio de energíalibre estándar, G° es el cambio de energía libre que

acompaña a la conversión de reactivos en sus estados estándar a productos en

sus estados estándar para un mol de reacción según está escrita.

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Estado de la materia Estado estándar

Gas 1 atm de presión

Líquido líquido puro

Sólido sólido puro

Elementos* G°f (elemento) = 0

Disolución Concentración 1 molar

Convenciones para los estados estándarConvenciones para los estados estándar

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G° = H° - TS°

G = G° + RT lnQ

En condiciones que no son del estado estándar para predecir la dirección de la reacción se debe usar

G en vez de G°

En condiciones estándar:

La relación entre G y G° es:

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G° = H° - TS°

G = G° + RT lnQ

G° = -RT lnK

0= G° + RT lnQ

En el equilibrio

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G° = -RT lnK

K = e-G°/RT

Si G° < 0 entonces K > 1

Si G° > 0 entonces K < 1

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Relación entre Relación entre G° y K de acuerdo con G° y K de acuerdo con la ecuación la ecuación G° = -RT lnK G° = -RT lnK

K ln K G° Comentario

> 1 Positivo Negativo En el equilibrio se ve favorecida la formación de productos sobre los reactivos

= 1 0 0 En el equilibrio la formación de reactivos y productos está igualmente favorecida

< 1 Negativo Positivo En el equilibrio se ve favorecida la formación de reactivos sobre los productos

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N2O4 (g) 2 NO2 (g)

Estado de equilibrio96

97

98

99

PN2O4

0,8 0,6 0,4 0,2

En

ergí

a lib

re (

kJ)

PNO2

0,2 0,4 0,6 0,8

Page 26: 13 Equilibrio Quimico Ii 13 04 05

Posición de equilibrio

En

erg

ía li

bre

(G

)

G° (reactivos)

G° (productos)

G°= G° (productos) -G° (reactivos) > 0

Reactivospuros

Productospuros

Reactivos y productos en el equilibrio

Avance de la reacción

Page 27: 13 Equilibrio Quimico Ii 13 04 05

Posición de equilibrio

G° (reactivos)

G°= G° (productos) -G° (reactivos) < 0

G° (productos)

En

erg

ía li

bre

(G

)

Reactivospuros

Productospuros

Reactivos y productos en el equilibrio

Avance de la reacción

Page 28: 13 Equilibrio Quimico Ii 13 04 05

G° = H° - TS°Combinando con

K = eS°/R e-H°/RT

K = e-G°/RT

A partir de:

Cuanto mayor sea S y más negativo H, mayor será K

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Dependencia de los equilibrios Dependencia de los equilibrios con respecto a la temperaturacon respecto a la temperatura

G° = -RT ln K

G° = H° - TS°Combinando con

ln K = -H° + S°RT R

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Reacción endotérmica

Reacción exotérmica

1/T

ln K

ln K = -H° 1 + S°R T R

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ln K = -H° + S°RT R

ln K1 = -H° + S° RT1 R

ln K2 = -H° + S°RT2 R

ln K2 = -H° 1 1R T2 T1K1

Page 32: 13 Equilibrio Quimico Ii 13 04 05

• Atkins P.W, Jones L. Química . 3ra edición. Ed Omega. 1999.

Capítulo 13.• Chang R. Química. Ed. MacGraw Hill.1998. Capítulo 14.

Consultas: [email protected] (Pablo Evelson)

BibliografíaBibliografía