Compilado por:

ALEXÁNDER GUTIÉRREZ M.

ROBERTO GUTIÉRREZ P.

ALEXÁNDER GUTIÉRREZ M.

ROBERTO GUTIÉRREZ P.

Programa de Licenciatura en Biología y Química

Programa de Licenciatura en Biología y Química

¿Qué es un equilibrio químico?

Es una reacción que nunca llega a completarse, pues se produce en ambos sentidos (los reactivos forman productos, y a su vez, éstos forman de nuevo reactivos).

Cuando se llega al equilibrio, las concentraciones de los reactivos y productos permanecen constantes en el tiempo.

Equilibrio Químico

aA + bB → cC + dD V directa

cC + dD → aA + bB, V inversa

La reacción es reversible

aA + bB cC + dD

V directa = V inversa

Inicialmente

En un determinado tiempo

aA + bB cC + dD

Variación de las concentraciones con el tiempo

Equilibrio de moléculas (H2 + I2 2 HI)

Variación de la concentración con el tiempo (H2 + I2 2 HI)

Equilibrio químicoC

oncentraciones (mol/l)

Tiempo (s)

[HI]

[I2]

[H2]

Reacción: H2 + I2 2 HI

Equilibrio físico

H2O (l)

Equilibrio químico

N2O4 (g)

H2O (g)

2NO2 (g)

N2O4 (g) 2NO2 (g)

N2O4 (g) 2NO2 (g)

Al principio con NO2 Al principio con N2O4 Al principio con NO2 y N2O4

equilibrio

equilibrio

equilibrio

TiempoTiempoTiempo

Con

cen t

raci

ón

Con

cen t

raci

ón

Con

cen t

raci

ón

Constante de equilibrio (Kc)En una reacción cualquiera:

a A + b B c C + d D

[ ] [ ]

[ ] [ ]

c d

c a b

C DK

A B

×=×

Ejemplo: H2(g)+ I2(g) 2 HI (g)

2

2 2

[ ]

[ ] [ ]c

HIK

H I=

×

Ejemplo: Tenemos el equilibrio: 2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g)

Concentr. iniciales (mol/l)

Concentr. equilibrio (mol/l)

[SO2] [O2] [SO3] [SO2] [O2] [SO3] Kc

Exp 1 0,20 0,20 — 0,030 0,115 0,170 279,2

Exp 2 0,15 0,40 — 0,014 0,332 0,135 280,7

Exp 3 — — 0,20 0,053 0,026 0,143 280,0

Exp 4 — — 0,70 0,132 0,066 0,568 280,5

Exp 5 0,15 0,40 0,25 0,037 0,343 0,363 280,6

23

22 2

[ ]

[ ] [ ]C

SOK

SO O=

×

Significado del valor de Kc

tiempo

KC ≈ 100

concentración

tiempo

KC > 105

concentración

KC < 10-2

concentración

tiempo

- reactantes

- productos

K >> 1

K << 1

a la derecha Favorece a los productos

a la izquierda Favorece a los reactivos

La reacción se desplaza:

N2O4 (g) 2NO2 (g)

= 4.63 x 10-3

K = [NH3]2

[N2] [H2]3

Favorece al reactivo

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

K = [NO2]

2

[N2O4]

= 4,1X108

Favorece al producto

Ejemplos a 25 °C:

1. Sólo varía con la temperatura.

2. Es constante a una temperatura dada.

3. Es independiente de las concentraciones iniciales.

Constante de equilibrio (Kc)

Equilibrio homogéneo

Se presenta en una reacción en que todas las especies reactivas están en la misma fase.

N2O4 (g) 2NO2 (g) Kc = [NO2]2

[N2O4]

Constante de equilibrio (Kp)

En las reacciones en que intervengan gases es mas sencillo medir presiones parciales que

concentraciones:

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

Kp se define por:

pc

c · pDd

Kp = ———— pA

a · pBb

Equilibrio heterogéneo

Se manifiesta cuando en una reacción los reactivos y productos están en diferentes fases .

CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)

Kc =‘[CaO][CO2]

[CaCO3][CaCO3] = constante[CaO] = constante

= Kc = [CO2] Kc x‘[CaCO3][CaO]

La concentración de sólidos y líquidos puros no son incluidos en la expresión para la constante de equilibrio.

PCO 2= Kp

CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)

PCO2 No depende de la cantidad de CaCO3 o CaO

RESUMEN DE LAS REGLAS PARA ESCRIBIR LAS EXPRESIONES DE LAS CONSTANTES DE EQUILIBRIO

• Las concentraciones de las especies reactivas en fase condensada se expresan en M. En la fase gaseosa, las concentraciones se pueden expresar en M o en atm.

• Las concentraciones de sólidos puros, líquidos puros y disolventes no aparecen en las expresiones de constantes de equilibrio.

• La constante de equilibrio es una cantidad que no tiene unidades.

• Citando un valor por la constante de equilibrio, debe especificar la ecuación balanceada y la temperatura.

Cociente de reacción (Q)

En una reacción cualquiera:

a A + b B c C + d Dse llama cociente de reacción a:

Tiene la misma fórmula que la Kc pero a diferencia que las concentraciones no tienen por qué ser las del equilibrio.

[ ] [ ]

[ ] [ ]

×=×

c d

a b

C DQ

A B

Cociente de reacción (Q)

Si Q = Kc entonces el sistema está en equilibrio.

[ ] [ ]

[ ] [ ]

×=×

c d

a b

C DQ

A B= Kc

Cociente de reacción (Q)

Si Q < Kc el sistema evolucionará hacia la derecha, es decir, aumentarán las concentraciones de los productos y disminuirán las de los reactivos hasta que Q se iguale con Kc.

[ ] [ ]

[ ] [ ]

×=×

c d

a b

C DQ

A B< Kc

Cociente de reacción (Q) Si Q > Kc el sistema evolucionará hacia la izquierda,

es decir, aumentarán las concentraciones de los reactivos y disminuirán las de los productos hasta que Q se iguale con Kc.

[ ] [ ]

[ ] [ ]

×=×

c d

a b

C DQ

A B> Kc

Ejemplo: En un recipiente de 3 litros se introducen 0,6 moles de HI, 0,3 moles de H2 y 0,3 moles de I2

a 490ºC. Si Kc = 0,022 a 490ºC para

2 HI(g) H2(g) + I2(g)

¿se encuentra en equilibrio el sistema?

[H2] · [I2] 0,3/3 · 0,3/3 Q = —————— = —————— = 0,25 [HI]2 (0,6/3)2

Como Q > Kc el sistemael sistema no se encuentrano se encuentra en en

equilibrioequilibrio y la reacción se desplazará hacia la izquierda.

Ejemplo:A temperatura muy elevada, Kc = 1,0 x 10-13 para la siguiente reacción.

A un tiempo determinado se detectaron las siguientes concentraciones: [HF] = 0,600 M, [H2] = 1,50 x 10-3 M y [F2] = 5,20 x 10-3 M

¿El sistema está en equilibrio? Si no es así, ¿qué debe suceder para que se establezca el equilibrio?

Ejemplo: La ecuación para la siguiente reacción y el valor de Kc a una determinada temperatura son las Siguientes:

PCl3(g) + Cl2(g) PC15(g) Kc = 1,9

Una mezcla de equilibrio en un recipiente de 1,00 litro contiene 0,325 moles de PCl5 y 0,19 moles de PCl3. ¿Qué concentración de equilibrio de C12 debe haber presente?

Cálculo de las concentraciones de equilibrio

Ejemplo: Para la siguiente reacción:

A + B C + D

la constante de equilibrio es 49,0 a una determinada temperatura. Si 0,960 moles de A y de B se colocan en un recipiente de 3,00 litros a esa temperatura, ¿qué concentraciones de todas las especies habría en el equilibrio?

Cálculo de las concentraciones de equilibrio

1. Exprese las concentraciones de equilibrio de todas las especies en términos de las concentraciones iniciales y una sola variable x que representan el cambio en la concentración.

2. Escriba la expresión de la constante de equilibrio en términos de las concentraciones de equilibrio. Sabiendo el valor de la constante de equilibrio, resuelva para x.

3. Habiendo resuelto para x, calcule las concentraciones de equilibrio de todas las especies.

14.4

Referencias

-Chang, Raimond. Química. 7ª ed. McGraw-Hill. México. 2003. -Petrucci, R. H.; Harwood, W. S. y Herring, F. G. Química General. 8ª ed. Prentice Hall. Madrid. 2003.-Gutiérrez, Alexander; Gutiérrez, Roberto. Química General I, II y III. Universidad Tecnológica del Chocó. Quibdó. 1999.-Whitten W.; Kenet, Davis E. Raymond; Peck, Larry M. Química general. 5a ed. McGraw-Hill. España. 1998.-Brown, L.; Theodore, Lemay.; Eugene H, Jr.; Bursten E. Bruce. Química La ciencia central. 7a ed. Prentice Hall. Mexíco. 1997.-Ebbing , Darrell D. Química general. 5a ed. McGraw-Hill. México.1997.-Daub, Willian; Seese, Willian. Química. 7a ed. Pearson. México. 1996. http://www.monografias.com/trabajos15/equilibrioquimico/equilibrio-quimico.shtml