Equilibrio Quim

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<p>7. Equilibrio qumico a partir de una reaccin simple. Ley de Accin de Masas, el principio de Le Chatelier.</p> <p>Equilibrio quimicoEn las reacciones qumicas los enlaces coovalentes se rompen y se reforman. En cada clula de un organismo, en un momento determinado se producen cientos de diferentes clases de reacciones. Cualquier compuesto qumico puede sufrir mltiples reacciones. El grado y la velocidad en la cual estas reacciones pueden proceder, determinan que reacciones se producen en las clulas en un momento determinado</p> <p>Al inicio de la reaccin, cuando los reactantes se juntan, antes de que se forme ningn producto, la velocidad de la reaccin est determinada en parte por sus concentraciones iniciales. Conforme la reaccion procede, los productos se acumulan, y la concentracin de cada reactante disminuye. Mientras tanto algo de las molculas de producto participan en reaccin reversa reformando los reactantes. Esta reaccin es lenta al principio pero se torna ms rpida a medida que las concentraciones de productos aumentan</p> <p>Eventualmente las velocidades en el sentido de la reaccin y en reversa se tornan iguales, de tal manera que las concentraciones de reactante y productos dejan de cambiar. Se dice que la reaccin se encuentra en equilibrio qumico. En el equilibrio la relacin de las concentraciones de productos sobre reactantes se denomina constante de equilibrio (Keq). Keq es un valor fijo, independiente de la velocidad en la cual procede la reaccin.(lo veremos en cintica)</p> <p>La Keq, qu nos indica?La constante de equilibrio refleja el grado de una reaccin quimica. Keq depende de la naturaleza de reactantes y productos, T y P (sobre todo en gases). Bajo condiciones fsicas estandard (25 C y 1 Atm. de presion, para sistemas biologicos). Keq es la misma para una determinada reaccin.</p> <p>A+B Keq = [X] [Y] [A] [B]</p> <p>X+Y</p> <p>En general para una reaccin: aA + bB + cC + Keq = [Z]z [Y]y [X]x [A]a [B]b [C]c zZ + yY + xX + </p> <p>La velocidad en el sentido de la reaccin esta dada por: Vf = kf [A]a [B]b [C]c . Y en sentido reverso: Vr = kr [Z]z [Y]y [X]x En el equilibrio: Vf = Vr Luego: kf [A]a [B]b [C]c = kr [Z]z [Y]y [X]x</p> <p>kf kr</p> <p>=</p> <p>[Z]z [Y]y [X]x [A]a [B]b [C]c kf</p> <p>De lo cual Keq =</p> <p>kr</p> <p>Ejemplo ilustrativo:</p> <p>Triosa fosfato isomerasa</p> <p>Keq =</p> <p>DHAP G3P</p> <p>= 22.2</p> <p>La enzima no altera Keq </p> <p>Nos indica que la relacin de concentraciones de G3P y DHAP es 1/22.3, cuando la reaccin llega al equilibrio. En la prctica se mide las concentraciones de reactantes y productos despus que se ha alcanzado el equilibrio y se usa estos valores para calcular Keq. La magnitud de la constante de equilibrio no nos informa sobre la velocidad de la reaccin ni si el proceso tiene lugar bajo condiciones normales. A pesar del alto valor de la Keq del ejemplo, requiere de mucha energa, y es lenta en solucin acuosa, por lo que, en las clulas requiere la accin de una enzima.</p> <p>Cuando la reaccin involucra un simple reactante y un simple producto, la Keq es independiente de la concentracin inicial. Si intervienen varios reactantes y/o productos, la concentracin en el equilibrio de cualquier producto o reactante depende de la concentracin inicial de todos los reactantes y productos En las reacciones del hidrlisis [H2O] no cambia y por lo general no se incluye en los clculos. H2O [A] [B] AB A + B Keq = [AB] El equilibrio favorece la hidrlisis, sin embargo un exceso de uno de los productos puede dirigir la reaccin en reverso. Si al inicio existe una gran cantidad de B?</p> <p>En las clulas las reacciones se prodecen en secuencias denominadas vas, los productos son usados rpidamente como reactante de otra, en esta situacin los reactantes estn en un estado estacionario pero no en equilibrio.</p> <p>4. Ley de Accin de Masas, el principio de Le Chatelier.</p> <p>El principio de Le ChatelierHenri-Louis Le Chatelier (1850-1936), qumico francs: Cuando sobre un sistema qumico en equilibrio se ejerce una accin exterior que modifica las condiciones del sistema, el equilibrio se desplaza en el sentido que tienda a contrarrestar la perturbacin introducida.</p> <p>Si en un sistema en equilibrio qumico se aumenta la concentracin de los reactantes, el equilibrio se desplazar hacia la derecha a fin de provocar la transformacin de estos en productos y mantener el equilibrio. En la reaccin : 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2</p> <p>(anlogo a aumentar los reactantes es disminur los productos) Si provocamos la prdida de H2, la reaccin se desplaza hacia la derecha para producir ms hidrgeno, oponindose, de este modo, a dicha perturbacin</p> <p>La modificacin de temperatura en un sistema en equilibrio puede producir un desplazamiento del mismo en un sentido o en otro. La reaccin: N2O4 (g) + calor 2NO2 (g)</p> <p>es endotrmica, un aumento de la temperatura desplazar el equilibrio en el sentido de la reaccin directa, pues es en l, que absorbe calor. La reaccin inversa se ver favorecida por un enfriamiento, pues en este sentido se libera calor.</p> <p>Los efectos de variaciones de presin, cuando el sistema posee componentes gaseosos, repercuten sobre el equilibrio. La reaccin: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)</p> <p>El aumento de presin desplazar el equilibrio hacia la derecha, ya que el nmero de molculas en el segundo miembro es inferior y, por tanto, ejercern una presin menor sobre el recipiente.</p> <p>El principio de Le Chatelier permite predecir de qu manera se desplazar el equilibrio qumico de una reaccin reversible, pero no en qu medida. Una descripcin cuantitativa del equilibrio fue efectuada por primera vez en 1870 por los qumicos noruegos Guldberg (1836-1902) y Waage (1833-1918), que la expresaron en forma de ley. Como ya vimos antes</p> <p>As, para una reaccin genrica del tipo: aA + bB cC + dD la ley de Guldberg y Waage se expresa matemticamente en la forma: [C]c[D]d Keq= [A]a[B]b en la cual los coeficientes estequiomtricos a, b, c y d que se obtienen al balancear la reaccin, aparecen como exponentes de las concentraciones de reactivos y productos; Keq toma, para cada reaccin, un valor constante y caracterstico que slo depende de la temperatura y que se denomina constante de equilibrio.</p> <p>La ley de Guldberg y Waage se conoce tambin como Ley de accin de masas (L.A.M.) debido a que, en el enunciado original, sus autores aludieron a conceptos tales como fuerzas de accin y masas activas. Aunque el descubrimiento de esta ley fue el resultado de anlisis de datos experimentales, algunos aos ms tarde pudo ser explicada tericamente a partir de las leyes de la termodinmica.</p> <p>La Ley de accin de masas permite hacer clculos y predicciones sobre el equilibrio. As, el efecto de la concentracin puede explicarse como sigue: si en un sistema en equilibrio se aumenta la concentracin de un reactivo, [A] por ejemplo, la reaccin ha de desplazarse hacia la derecha en el sentido de formacin de los productos para que el cociente representado por K se mantenga constante.</p> <p>Problemas 1.- La reaccin: 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) presenta una constante de equilibrio K = 6,45 105 (a 500 K). Determinar cul es la concentracin de oxgeno para que se mantenga el equilibrio en un sistema en el que las concentraciones de NO y NO2 son iguales.</p> <p>De acuerdo con la ley de accin de masas: Keq = [NO2]2 [NO]2 [O2]</p> <p>Como [NO2] = [NO], resulta 1 Keq = [O2] = 6,45.105 =1.55x10-6 mol/l</p> <p>2.- En la descomposicin del amonaco : NH3(g) 1/2N2(g) + 3/2H2(g), La Keq = 0,395, a 600 K. Si en un recipiente de 1,00 l y a 600 K se introducen 2,65 g de NH3 a igual temperatura, clcular cules sern las concentraciones en el equilibrio.</p> <p>[N2] [H2]3/2 Keq = [NH3] # moles NH3 = 2.65g/17 g/mol = 0,156 moles [NH3] = 0,156 M Si se descomponen x M de amoniaco para llegar al equilibrio: [NH3] = 0,156 x [N2] = 1/2 x [H2] = 3/2 x</p> <p>Reemplazando estos valores en la ecuacin de la ley de accin de masas: (1/2 x)1/2 (3/2 x)3/2 Keq = 0,395 = 0,156 - x 1,3 x2 0,156 - x = (1/2)1/2 (3/2)3/2 x 4/2 0,156 - x</p> <p>que, es una ecuacin de segundo grado: 1,30 x2 + 0,395 x - 0,0616 = 0 cuya solucin aceptable es:x = 0,114, las concentraciones de reactivos y productos en el equilibrio sern: [NH3] = 0,156 - x = 0,156 - 0,114 = 0,042 mol/l</p> <p>En la siguiente reaccin: Acido citrico + H2O Citrato + H+ Calcule la concentracin de citrato si la Keq=1,74 x10-5, si la concentracin inicial de ac citrico es 0.1M</p> <p>9.- La reaccin: A + B C Tiene una constante de equilibrio K = 6,45 105 .Cul ser la concentracin de A para que se mantenga el equilibrio en un sistema en el que las concentraciones de C es la mitad de B R= 7.75 x 10-7</p>