equilibrio quimico

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA

REA DE TECNOLOGA DEPARTAMENTO DE QUMICA

COORDINACIN DE QUMICA II-SABINO.

Adaptado por: Ing. Rosaura Medina Rivas

Revisado por:

Ing. Danibett Ramrez Ing. Mara Ferreira Ing. Lesbia Depool

Septiembre de 2014

EQUILBRIO QUMICO

UNIDAD I: EQUILIBRIO QUMICO.

1. INTRODUCCION. 2. DEFINICIONES PRELIMINARES.

a) Equilibrio. b) Reaccin qumica. c) Cintica qumica. d) Velocidad de Reaccin.

3. REACCIONES REVERSIBLES E IRREVERSIBLES. 4. FACTORES DE LOS QUE DEPENDE LA VELOCIDAD DE REACCIN.

5. EQUILIBRIO QUMICO.

a) Ley de Accin de masas y Constante de Equilibrio (Kc). b) Magnitud de la Constante. c) Cociente de reaccin. d) Presiones parciales y constante de equilibrio (Kp). e) Relacin entre Kc y Kp.

6. PRINCIPIO DE LE-CHATELIER.

a) Factores que afectan el equilibrio qumico.

7. APLICACIONES.

a) Proceso Haber. b) El equilibrio Qumico y las bebidas Carbnicas. c) El equilibrio Qumico y el Cuerpo.

8. RESUMEN. 9. AUTOEVALUACIN.

10. EJERCICIOS PROPUESTOS.

11. BIBLIOGRAFA.

12. ANEXO.

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA

REA DE TECNOLOGA DEPARTAMENTO DE QUMICA

COORDINACIN DE QUIMICA II-SABINO

Ultima revisin: febrero 2008

Equilibrio Qumico

Coordinacin de Qumica II-Sabino 1

1. INTRODUCCIN:

Son pocas las reacciones qumicas que slo se llevan a cabo

en una direccin; la mayor parte son, al menos hasta cierto

punto, reversibles. Al inicio de una reaccin reversible, sta se

desplaza hacia la formacin de productos (). Tan pronto

como se forman algunas molculas de productos, comienza a

efectuarse el proceso inverso (la formacin de molculas e

reactivo a partir de productos ). Estas reacciones reversibles

son la base fundamental del estado denominado equilibrio

qumico, el cual se desarrollar en la presente gua.

2. DEFINICIONES PRELIMINARES:

Para una mejor comprensin de lo referente al equilibrio qumico, es necesario tener

conocimiento de ciertos aspectos:

a) Equilibrio: es un estado dinmico, en el que no ocurren cambios a medida

que transcurre el tiempo.

Un ejemplo de equilibrio es un columpio que sube

y baja, en el cual las masas que estn de cada lado

se encuentran en balance.

b) Reaccin qumica: es una manera abreviada de expresar un cambio qumico,

en el cual existen sustancias que se combinan, las cuales se conocen como

reactivos, mientras las sustancias generadas se conocen como productos.

Representacin mediante ecuaciones qumicas:

Las reacciones qumicas o cambios qumicos, se representan a travs de una

igualdad empleando las frmulas de los compuestos y se le denomina

ecuacin qumica.

Figura 2

Figura 1

Equilibrio Qumico


En la ecuacin deben escribirse en el lado izquierdo las frmulas de los

reactantes, seguido de una flecha que muestra el sentido de reaccin,

separando las frmulas de los productos escritos en el lado derecho de la

ecuacin.

Reactivos Productos

Un ejemplo de ecuacin qumica se presenta

con la reaccin de cido yoddrico, donde en la

medida que se consumen las especies de la

izquierda H2, I2 (Reactivos), se forma una nueva

especie a la derecha de la reaccin el HI

(Producto).

En la mayora de los casos se indica en la ecuacin el estado ya sea slido

(s), lquido (l), gas (g) o solucin acuosa (ac), entre parntesis a un lado de la

sustancia. Las condiciones especiales requeridas para algunas reacciones se

indican por una notacin sobre la flecha, as la presencia de calor se indica

con la letra griega mayscula delta (), la presencia de un catalizador (cat),

etc. Adems, se coloca el coeficiente delante de cada frmula segn el

balanceo de la ecuacin.

Ejemplos 2Al(s) + 6HCl (ac) 2AlCl3 (ac) + 3H2 (g)

2Mg(s) + O2(g) 2MgO(s)

HIIH 222 +

Reactivos

Productoss

Figura 3.

Equilibrio Qumico


c) Cintica Qumica: Es el rea de la qumica que estudia las velocidades de

reaccin y el mecanismo o trayectoria de la formacin de los productos a

partir de los reactivos.

d) Velocidad de Reaccin: Es la rapidez con la cual se forman los productos o

se consumen los reactivos.

3. REACCIONES IRREVERSIBLES Y REVERSIBLES.

a) Reacciones Irreversibles: Son aquellas que se completan en un slo

sentido () ya que todo el reactivo se consume para generar un producto. En

este tipo de reacciones, no se establece un equilibrio qumico y esencialmente

llegan a la consumacin.

Un ejemplo de reaccin irreversible se da en la

formacin de un gas, el cual se elimina tan pronto

como se forma. Una reaccin de Produccin de gas

(Dixido de carbono) que se elimina cuando se forma

es:

b) Reacciones Reversibles: Son aquellas que se llevan a cabo en ambos

sentidos (), razn por la cual nunca llegan a completarse, se les conoce con

reacciones incompletas, ya que no todo el reactivo es consumido porque los

productos reaccionan de manera espontnea para regenerarlo. Razn por la

cual se comienza un ciclo que nunca llega completarse, el cual se conoce

como reaccin reversible.

Un ejemplo de reaccin reversible se da en la

formacin de un gas, cuando este permanece en

contacto con los reactivos, como sucede en un

recipiente cerrado, ocurre una reaccin reversible

y se establece el equilibrio.

MgCO3 (S) + 2 HCL(ac) MgCl2(ac)+H2O(l)+CO2(g)

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

2HI

Figura 5

Figura 4

Equilibrio Qumico


Para el estudio de la velocidad de una reaccin se debe tener en cuenta los factores

de los cuales esta depende.

4. FACTORES DE LOS QUE DEPENDE LA VELOCIDAD DE REACCIN:

a) Reactividad: La reactividad no es ms que la habilidad o capacidad de

romper los enlaces de las molculas reaccionantes y formar nuevos enlaces.

No todas las sustancias poseen la misma reactividad, de modo que algunas

reacciones qumicas son rpidas y otras lentas.

Por ejemplo: La descomposicin del dixido de nitrgeno es un ejemplo

de una reaccin rpida que se lleva acabo en pocos minutos.

Por otro lado, la descomposicin del pentoxido de dinitrgeno es lenta.

b) Concentracin de los Reactivos: La velocidad de reaccin aumenta con un

incremento de la concentracin de los reactivos, debido a que un mayor

nmero de molculas de un reactivo entra en contacto con las molculas de

otro reactivo y se forman ms molculas de producto.

Por ejemplo: Al aumentar la presin de una reaccin gaseosa, el volumen

disminuye y en consecuencia aumenta la concentracin de reactivos y la

velocidad de reaccin, debido a la relacin directa que presentan en la

ecuacin de velocidad. [ ]22NOkV =

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

2N 2O5(g) 4NO2 (g) + O2 (g)

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

A mayor reactividad mayor velocidad de reaccin

Cmo se estudia la velocidad de una reaccin?

Equilibrio Qumico


c) Temperatura: Al aumentar la temperatura de una reaccin, la velocidad de

reaccin tambin se incrementa, debido a que se incrementa la energa

cintica (movimiento) de las molculas haciendo que se rompan sus enlaces

ms rpidamente y as poder asociarse a otras para poder formar nuevos

compuestos.

Por ejemplo: Al aumentar la temperatura de 320C a 330C, en la

descomposicin del dixido de nitrgeno.

La velocidad se incrementa en un factor de 1.5, mientras al aumentar la

temperatura de 45C a 55C, en la descomposicin del pentxido de

dinitrgeno.

La velocidad se incrementa en un factor de 3.0, por lo tanto, un incremento en

la temperatura incrementa la velocidad.

d) Catalizador: Es una sustancia que modifica la velocidad de una reaccin

qumica. Es incluido en la reaccin como un componente adicional que

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

2N2O5(g) 4NO2 (g) + O2 (g)

A mayor concentracin de reactivo mayor velocidad de reaccin

A mayor temperatura mayor velocidad de reaccin

Figura 6.

Equilibrio Qumico


participa en sta y al final se recupera sin que haya sufrido un cambio

apreciable. En la mayora de los casos se utiliza para acelerar la velocidad de

la reaccin, disminuyendo el tiempo que necesita la reaccin para

alcanzar el equilibrio mediante un mecanismo alterno que requiere de una

energa menor para obtener los productos.

Saba Usted que a travs de un

proceso denominado deshidrogenacin

oxidativa, los cientficos de la Unidad de

catalizadores, procesos catalticos y reactores

qumicos del ITQ han conseguido que la

obtencin de etileno a partir de etano sea ms

competitiva y rentable?. El etileno, se utiliza en

industrias qumicas para la obtencin de

polietileno, xido de etileno o glicoles, todos ellos

productos de inters con los que se elaboran

plsticos y polmeros en general.

5. EQUILIBRIO QUMICO.

El equilibrio qumico se consigue cuando existen dos reacciones opuestas que tienen

lugar simultneamente a la misma velocidad (Reaccin reversible). Lo cual

proporciona estabilidad al proceso de reaccin.

Considere la reaccin general:

Donde a, b, c y d son los coeficientes de la ecuacin qumica balanceada.

A medida que transcurre la reaccin directa, las concentraciones de A y B se agotan,

mientras las concentraciones de C y D se incrementan (Figura 8), hasta llegar a un

tiempo en el cual los productos C y D reaccionan para regenerar A y B. En este punto

aA(g)+ bB(g) cC(g) + dD (g)

Figura 7

Equilibrio Qumico


los reactivos dejan de agotarse y el producto deja de incrementarse. Este tiempo se le

conoce como tiempo del equilibrio (puede visualizarse en la Figura 8 a partir de la lnea

punteada).

En el equilibrio las velocidades de reaccin se igualan, debido a que en la medida

que la concentracin de los reactivos disminuye, tambin disminuye la velocidad de

reaccin; por otro lado en la medida que aumenta la concentracin de los productos

tambin lo hace la velocidad de reaccin. Esto sucede hasta llegar al tiempo del

equilibrio en el cual las concentraciones se hacen constantes y las velocidades se

igualan. (Fig. 9).

Importante: El equilibrio qumico es un estado dinmico, el hecho de que las

concentraciones no varen no indica que se detenga la reaccin, sino que a nivel

molecular existe una gran actividad porque sigue habiendo conversin entre las

molculas de reactivos y productos, por lo que las reacciones son incompletas

(reversibles).

a) Ley de Accin de Masas y Constante de Equilibrio (Kc).

Es un estudio publicado por Cientficos noruegos, el cual establece que la

direccin que toma una reaccin reversible, no depende solamente de la masa de

Figura 8

0

[A]

[C]

[B]

[D]

Equilibrio logrado Las velocidades Son iguales [B]

[B]

[A]

[C]

Figura 9

Equilibrio Qumico


los diversos componentes, como sucede en las reacciones irreversibles, sino que

tambin depende la concentracin. Dicho con mayor exactitud, en toda reaccin en

equilibrio se cumple que, para cada temperatura El producto de las

concentraciones molares de los productos de una reaccin, cada uno elevado a la

potencia que le corresponde a su coeficiente en la ecuacin qumica balanceada;

dividido entre el producto de las concentraciones molares de los reactivos de una

reaccin, cada uno elevado a la potencia que le corresponde a su coeficiente en la

ecuacin qumica balanceada, es una constante denominada constante de

equilibrio de la reaccin.

Si se considera la reaccin general:

La reaccin directa es:

Al expresar la ecuacin de velocidad:

[ ] [ ]ba BAkdVdirecta = (Ecuacin 1) Para la reaccin inversa:

La ecuacin de velocidad, es:

[ ] [ ]dc DCkiVinversa = (Ecuacin 2)

IMPORTANTE: En cada una de las ecuaciones de velocidad k representa la

constante de reaccin ( =kd constante de directa, =ki constante inversa), mientras los

corchetes representan las concentraciones en mol/L de cada una de las especies.




Cmo se plantea la ley de accin de masa para una reaccin?

Equilibrio Qumico


Cuando se alcanza el equilibrio y segn lo visualizado en la figura 9.

VinversaVdirecta =

[ ] [ ] [ ] [ ]dcba DCkiBAkd = (Ecuacin 3) Reordenado:

[ ] [ ][ ] [ ]ba

dc

BA

DC

ki

kd

= , (Ecuacin 4); donde kc

ki

kd=

Segn lo establecido por la ley de accin de masas, la expresin de la

constante de equilibrio de una reaccin es:

Aspectos importantes que se deben considerar al expresar la constante de

equilibrio.

La concentracin de equilibrio de las sustancias reaccionantes en fase

condensada se expresa en mol/L, en fase gaseosa se expresa en mol/L

atmsferas.

La constante de equilibrio (kc) se expresa como una cantidad adimensional.

Las concentraciones de slidos y lquidos puros en equilibrios heterogneos y de

disolventes en equilibrios homogneos, no aparecen en las ecuaciones de la

constante de equilibrio.

Al citar un valor para la constante de equilibrio se debe especificar la reaccin

balanceada y la temperatura a la que se llev a cabo.

[ ] [ ][ ] [ ]ba

dc

BA

DCkc

= (Ecuacin 5)

Qu informacin aporta la constante de equilibrio Kc?

Equilibrio Qumico


b) Magnitud de la Constante de Equilibrio.

El valor de Kc es una medida de la extensin en la que tiene lugar una reaccin,

segn sea el valor de la constante de equilibrio existen tres tipos de interpretacin:

Un valor de Kc>>1: Un valor muy grande de la constante de equilibrio se debe a

que las concentraciones del numerador (productos de la reaccin) son muy

grandes, mientras las concentraciones del denominador (reactivos) son muy

pequeas, lo cual indica que en el equilibrio la mayora de los reactivos se

convierten a productos.

Por ejemplo: en el siguiente sistema a 230 C.

[ ][ ] [ ]

5

2

2

2

2 1044,6 xONO

NOkc =

=

De modo que [ ]2NO es muy grande ya que gran parte de [ ]NO y [ ]2O han reaccionado para formarlo.

Un valor de Kc

Equilibrio Qumico


Ejercicio prctico: Una mezcla que contena 3,9 moles de NO y 0,800 moles

de CO2 se hizo reaccionar en un matraz de 0,500 L, a determinada temperatura

de acuerdo con la ecuacin.

NO(g) + CO2(g) NO2(g) + CO(g)

Se encontr que en el equilibrio estaban presentes 0,100 moles de CO2. Encuentre la

constante de equilibrio de esta reaccin.

Resolucin:

Inicialmente es necesario calcular las concentraciones de todos los compuestos

presentes:

[ ]

[ ]

[ ] LmolL

molesCO

LmolL

molesCO

LmolL

molesNO

eq

inicial

inicial

/2,0500,0

100,0

/6,1500.0

800,0

/8,7500,0

9,3

2

2

==

==

==

NO(g) + CO2(g) NO2(g) + CO(g)

Inicio(M) 7.8 1.6 0 0

Cambio(M) -x -x X x

Equilibrio(M) 7.8 - x 1.6 - x X X

De acuerdo a esto y lo que plantea el enunciado del problema, se determina la

magnitud x, la cual representa la cantidad de reactivos que reaccionan y la

cantidad producida de cada uno de los productos.

[ ] [ ] 4,12,06,12,06,16,1;/2,0 22 ===== xxxCOLmolCO eqeq

Con este valor determinamos la concentracin de equilibrio de todos los

compuestos:

Equilibrio Qumico


[ ][ ][ ][ ] LmolxCO

LmolxNO

LmolxCO

LmolxNO

/4,1

/4,1

/2,04,16,16,1

/4,64.18,78,7

2

2

==

==

===

===

Sustituimos en la expresin de Kc

[ ] [ ][ ] [ ]

53,12,0*4,6

4,1*4,1

*

*

2

2 ===CONO

CONOKc

c) Cociente de reaccin (Q).

Es la aplicacin de la ley de accin de masas para una reaccin general, Que

no haya conseguido alcanzar el equilibrio, generalmente Q se expresa en

concentraciones iniciales.

[ ] [ ][ ] [ ]ba

dc

BA

DCQ

= ,

Donde las concentraciones en los corchetes son concentraciones en el inicio

cualquier instante de la reaccin distinto al equilibrio.

Una vez conocido el valor del cociente de reaccin se compara con el valor de

la constante de equilibrio a fin de predecir el sentido en que progresar una

mezcla en reaccin para alcanzar el equilibrio. Los tres casos posibles y sus

interpretaciones se presentan a continuacin:

Si kcQ > : indica que la relacin de las concentraciones iniciales de los

productos en cualquier instante de la reaccin entre las concentraciones

de los reactivos es demasiado grande. Para alcanzar el equilibrio ( kcQ = ),


Cmo se puede predecir el sentido en que se llevar a cabo una reaccin

para alcanzar el equilibrio?

Equilibrio Qumico


los productos se deben convertir a reactivos, de modo que el sistema

avanza de derecha a izquierda consumiendo productos y generando

reactivos, para alcanzar el equilibrio.

Si kcQ = : el sistema est equilibrado.

Si kcQ < : indica que la relacin de las concentraciones iniciales o en

cualquier instante de la reaccin de los productos, entre las concentraciones

de los reactivos es demasiado pequea. Para alcanzar el equilibrio ( kcQ = ),

algo de los reactivos se debe convertir a productos, de modo que el sistema

avanza de izquierda a derecha consumiendo reactivos y generando

producto, para alcanzar el equilibrio.

Ejercicio prctico: La constante de equilibrio de concentraciones para la

reaccin en fase gaseosa

Tiene el valor numrico de 0,50 a una determinada temperatura. Una mezcla de H2CO,

H2, y CO se introduce en un matraz a esta temperatura. Despus de un tiempo breve,

el anlisis de una pequea muestra de la mezcla de reaccin muestra que las

concentraciones son [H2CO]=0,50 M, [H2]=1,50 M, [H2]=0,25 M. Cules de las

siguientes afirmaciones son verdaderas y cules son falsas?

a) La mezcla de reaccin est en equilibrio.

b) La mezcla de reaccin no est en equilibrio, pero no tendr lugar reaccin

posterior.

c) La mezcla de reaccin no est en equilibrio, pero se desplazar hacia el

equilibrio gastando ms H2CO.

Resolucin:

Es necesario encontrar el valor del cociente de reaccin para poder hacer una

comparacin con la constante de equilibrio Kp.

[ ] [ ][ ]COH

COHQ

2

2 *= (ECUACIN 1).

H2 CO(g) H2 (g) + CO (g)

Equilibrio Qumico


Sustituyendo en ecuacin 1, Se tiene:

[ ] [ ][ ] 75,050,0

25,0*50,1==Q

Se realiza la comparacin:

75,0=Q > 50,0=Kc

Respuesta a): (FALSO)

La mezcla en reaccin no se encuentra en equilibrio ya que para estarlo Q

debera ser igual al Kc.

Respuesta b): (FALSO)

La mezcla en reaccin no se encuentra en equilibrio, el equilibrio si tendr lugar

posteriormente ya que se trata de una reaccin reversible con la capacidad de

reestablecer el equilibrio segn lo citado por el principio de Le Chatelier.

Respuesta c): (FALSO)

La mezcla en reaccin no se encuentra en equilibrio, pero se desplazar al

equilibrio, dirigindose a la izquierda, es decir, a la produccin de H2CO y

fomentando la disminucin de H2 y CO.

d) Presiones Parciales y la Constante de Equilibrio.

Tal como se menciono en los aspectos importantes a considerar para la

expresin de la constante de equilibrio, cuando se trata de equilibrios en fase

gaseosa, las concentraciones de reactivos y productos se pueden expresar

tambin en trminos de sus presiones parciales (atmsferas). En este ltimo

caso, se adapta la expresin de equilibrio en funcin de las concentraciones, y se

coloca en funcin de la presin, todo esto tiene su fundamentacin en la ley de los

Gases Ideales; de modo que, para la reaccin general:

La ecuacin de equilibrio en funcin de las concentraciones es:


Existe otra forma de expresar la constante de equilibrio?

Equilibrio Qumico


[ ] [ ][ ] [ ]ba

dc

BA

DCkc

=

Despejando la molaridad de la ecuacin de los Gases Ideales:

TRnVP = , donde MV

n=

TRMP = TR

PM

=

Una vez despejada la molaridad en funcin de las presiones parciales, se

sustituye en la expresin de equilibrio.

b

B

a

A

d

D

c

C

RT

P

RT

P

RT

P

RT

P

kp

= b

B

a

A

d

D

c

C

PP

PPkp =

Donde:

PA, PB, PC y PD son las presiones parciales en el equilibrio de las sustancias

respectivas en atm, y Kp recibe el nombre de constante de equilibrio de presiones

parciales.

IMPORTANTE: Cuando en la reaccin, adems de sustancias en estado gaseoso, se

encuentran sustancias en estado slido o lquido, slo se consideran las presiones

parciales de los gases que intervienen en la reaccin, no siendo necesario tener en

cuenta las de los slidos o lquidos, puesto que el efecto cambios de presin sobre

sustancias en estos estados puede ser despreciado.

e) Relacin entre Kc y Kp.

En general Kc Kp, porque las presiones parciales de reactivos y productos no

son iguales a sus concentraciones expresadas en moles/litros, sin embargo, se

puede deducir una relacin sencilla entre ambas constantes.

Existe alguna relacin entre las dos expresiones de constante de equilibrio

estudiadas?

Equilibrio Qumico


Para la reaccin general:

Las constantes de equilibrio son:

[ ] [ ][ ] [ ]ba

dc

BA

DCkc

=

b

B

a

A

d

D

c

C

PP

PPkp =

Segn la ecuacin de los Gases Ideales:

TRMP = , donde =M Concentracin molar [ ]

Sustituyendo en la expresin Kp:

[ ] [ ][ ] [ ] bbaa

ddcc

RTBRTA

RTDRTCkp

)()(

)()(=

Reordenando:

[ ] [ ][ ] [ ] baba

dcdc

RTBA

RTDCkp

+

+

=)(

)(, donde

[ ] [ ][ ] [ ]

kcBA

DCba

dc

=

As queda:

ba

dc

RT

RTkckp +

+

=)(

)(

Finalmente, simplificando trminos:

nTRkckp = )(

Donde:

reaccin) la de traestequiome la de (tomados reactivo de moles-producto de moles =n


Equilibrio Qumico


IMPORTANTE: Cuando el nmero de molculas en estado gaseoso de las sustancias

reaccionantes y de los productos son iguales 0 =n , la constante de equilibrio de

concentraciones (Kc) y la de presiones (Kp) tienen el mismo valor numrico.

Ejercicio Prctico: En un recipiente de 10L se introduce una mezcla de 4 moles

de N2(g) y 12 moles de H2(g). La reaccin se lleva a cabo a 1000K.

Escribir la reaccin de equilibrio.

Si establecido ste se observa que hay 0,92 moles de NH3(g), determinar las

concentraciones de N2 e H2 en el equilibrio y la constante Kc.

Calcular la constante Kp a 1000K.

Resolucin:

La reaccin de equilibrio es: N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3(g), una vez

establecida la reaccin, se construye la tabla:

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

Inicio(M) 4/10 12/10 0

Cambio(M) - X - 3X +2X

Equilibrio(M) 4/10 - X 12/10 3X 2X

Segn el valor de la concentracin en el equilibrio del amoniaco, aportada por el

enunciado, es posible determinar el valor de x.

[ ] 046,02

092,0

10

92,023 ==== xxNH Eq

Sustituyendo el valor de x en [ ]Eq de N2 y de H2, se tiene:

[ ] LmolxNEq

/354,0046,04,04,02 ==

[ ] LmolxHEq

/062,1046,032,132,12 ==

Equilibrio Qumico


[ ][ ] [ ]

( )( ) ( )

99,1062,1354,0

92,03

2

3

22

2

3 =

=HN

NHkc

nTRkckp = )(

reaccin) la de traestequiome la de (tomados reactivo de moles-producto de moles =n

-24-2 ==n

42 1097,2)1000082,0(99,1 == xkp

6. PRINCIPIO DE LE CHATELIER:

Experimentalmente se ha comprobado que todo sistema

en equilibrio presenta una misma respuesta al ser

perturbado por causas externas. En 1888, el qumico

Francs Henri Louis Le Chatelier, generaliz esta

observacin enunciando el siguiente principio: Si un

sistema en equilibrio se somete a un cambio de

condiciones de concentracin, temperatura y presin, se

desplaza hacia una nueva posicin de equilibrio, de ser

posible, en la que exista una tendencia para restablecer

las condiciones originales.

a) Factores que afectan el Equilibrio Qumico.

Existen diversos factores capaces de modificar el estado de equilibrio de un

proceso qumico como lo son:

Cambios de concentracin: si se aumenta la concentracin de alguna de las

sustancias que componen el sistema, la reaccin qumica se efectuar en el

sentido que se gaste la sustancia que tuvo el aumento de concentracin. Por

otro lado, cuando se disminuye la concentracin de una de las sustancias la

reaccin se realizar en el sentido que se produzca esta sustancia. Para una

reaccin general:


Figura 10

Louis Le Chatelier

Equilibrio Qumico


Donde: [ ] [ ][ ] [ ]ba

dc

BA

DCkc

= y

[ ] [ ][ ] [ ]ba

dc

BA

DCQ

=

Si se adiciona A B, sus concentraciones sern mayores a las

concentraciones iniciales, la reaccin se dirigir hacia a la derecha para

formar C D y estabilizar el equilibrio.

Si se adiciona C D sus concentraciones sern mayores a las

concentraciones iniciales, la reaccin se dirigir hacia la izquierda para

formar ms A B y estabilizar el equilibrio.

Si se extrae A B, sus concentraciones descendern con respecto a

las iniciales y el equilibrio se desplaza haca la izquierda para reponer la

cantidad de A B extrada.

Si se extrae C D, sus concentraciones descendern con respecto a

las iniciales y el equilibrio se desplaza haca la derecha para reponer la

cantidad de C D extrada.

Para una mejor comprensin de las variaciones, a continuacin se presenta

la figura 11

Figura 11

La reaccin se desplaza a la

formacin de A B para volver al

equilibrio

A B C D

Equilibrio

Si se extrae A B Si se Aumenta C D

A B

C D

Equilibrio Qumico


Cambios de temperatura: Para entender los efectos de la variacin de la

temperatura sobre un sistema que est en equilibrio es necesario conocer si

la reaccin produce calor (exotrmica) absorbe calor (endotrmica),

debido a que los efectos de la variacin en la temperatura es contrarrestado

de modo distinto segn el tipo de reaccin.

Para una reaccin general, que produce calor (exotrmica), donde el

calor est representado del lado de los productos en la reaccin:

Cuando se aumenta la temperatura a presin constante por adicin

de calor al sistema, esto favorece la reaccin inversa (a la izquierda),

eliminando algo del calor sobrante. Por otro lado, si se disminuye la

temperatura favorece la reaccin directa (a la derecha) en la medida

que el sistema repone parte del calor que se elimin.

Para una reaccin general, que absorbe calor (endotrmica), donde

el calor est representado del lado de los reactivos en la reaccin:

Cuando se aumenta la temperatura a presin constante por adicin

de calor al sistema, esto favorece la reaccin directa (a la derecha),

eliminando algo del calor sobrante. Por otro lado, si se disminuye la

aA(g)+ bB(g) cC(g) + dD (g) + calor H < 0

aA(g)+ bB(g) + calor cC(g) + dD (g) H > 0

Desplazamiento del equilibrio si disminuye la temperatura

Desplazamiento del equilibrio si aumenta la temperatura

Desplazamiento del equilibrio si aumenta la temperatura

Desplazamiento del equilibrio si disminuye la temperatura

Equilibrio Qumico


temperatura favorece la reaccin inversa (a la izquierda) en la medida

que el sistema repone parte del calor que se elimin.

Cambios de Presin: La variacin de presin en un equilibrio qumico influye

solamente cuando en el mismo intervienen gases. As a temperatura

constante la presin que soporta un gas es inversamente proporcional al

volumen que ocupa, segn la ecuacin de los gases ideales.

TRV

nP .=

Considerando la relacin directa entre la presin (P) y los moles (n) en la ley

de los gases ideales, se dice:

Si la presin aumenta, para reestablecer las condiciones iniciales el

sistema tiende a reducirla, esto se logra desplazndose hacia donde

existan un menor nmero de moles totales.

Por otro lado si la presin disminuye, para reestablecer las

condiciones iniciales el sistema tiende a aumentarla, desplazndose hacia

donde existan un mayor nmero de moles totales.

Cambios de Volumen: A temperatura constante un aumento del volumen

(disminucin de la presin), origina que el sistema se desplace hacia

donde haya mayor nmero de moles, segn la ecuacin de los gases

ideales TRV

nP .= , Por otro lado una disminucin del volumen (aumento de

la presin), origina que la reaccin se desplace hacia donde haya menor

numero de moles.

2A(g)+ B(g) 4C(g)

Desplazamiento del equilibrio si disminuye la presin

Desplazamiento del equilibrio si aumenta la presin

Equilibrio Qumico


Catalizadores: aadir un catalizador a un sistema modifica la velocidad de

la reaccin, pero esto no puede desplazar el equilibrio a favor ni de reactivos

ni de productos. Debido a que un catalizador afecta la energa de activacin

tanto directa como inversa por igual. Estableciendo el equilibrio ms

rpidamente en presencia de un catalizador.

Adicin de un gas inerte: Contrario a los cambios de presin ya discutidos

los cuales son originados por cambios de volumen, cuando la presin total

de las sustancias gaseosas aumenta por bombeo de un gas inerte como el

He, la presin parcial de cada gas en reaccin permanece constante y el

sistema permanece en equilibrio.

Ejemplo Didctico: Una reaccin muy indicada para mostrar el principio de Le

Chatelier es el equilibrio que se establece entre el complejo hidratado de cobalto

(II), que se forma cuando una sal de cobalto (II) se disuelve en agua, y el

complejo tetracloruro de cobalto (II).En el primero tiene una coloracin rosada,

mientras que en el segundo el cobalto presenta un color azul fuerte

caracterstico (azul cobalto)

Si se agrega cloruro de sodio (NaCl), la concentracin del in cloruro (reactivo)

aumenta y la reaccin se desplaza a la derecha tomando una coloracin violeta.

2A(g)+ B(g) 4C(g)

Desplazamiento del equilibrio si aumento de volumen

Desplazamiento del equilibrio si disminuye el volumen

Equilibrio Qumico


Si la solucin violeta anterior se coloca a calentar y considerando que la reaccin

es endotrmica H>0 (temperatura del lado de los reactivos), la reaccin se

desplaza a la derecha (Productos) tomando coloracin azul.

Si a una parta de la solucin azul anterior, se le adiciona agua (H2O) (lado de los

productos) aumentando su concentracin, para establecer el equilibrio se

desplazar al lado izquierdo (Reactivos) tomando una coloracin rosa.

Si a la otra parte de la solucin azul producto del calentamiento se le coloca en un

bao de hielo (Disminuye la temperatura), por ser una reaccin endotrmica

(temperatura del lado de los reactivos), la reaccin se desplaza a la izquierdo

tornndose rosa.

7. APLICACIONES.

Muchas son las aplicaciones a nivel industrial y en la vida cotidiana del equilibrio

qumico, entre ellas podemos mencionar, la reaccin reversible del proceso Bosch-

Haber para la formacin de amoniaco a partir de sus elementos donde casi el 80% de

ste se usa para la fabricacin de fertilizantes, el equilibrio qumico de las bebidas

carbonatadas (gaseosas) que consumimos en nuestros hogares y el equilibrio qumico

del cuerpo a travs del sistema endocrino.

Para mayor informacin sobre cada una de las aplicaciones mencionadas,

haga click en las imgenes correspondientes.

Bosch-Haber

Equilibrio y el cuerpo

Equilibrio Y las gaseosas

Para observar cada uno de los desplazamientos explicados, haga click en

la siguiente direccin: http://www.youtube.com/watch?v=nOX2Xj1e7cc

Equilibrio Qumico


8. RESUMEN.

El equilibrio qumico aplica para sistemas dinmicos.

El valor de la constante de equilibrio depende de cmo se balancee la ecuacin

qumica y la constante de equilibrio de la reaccin inversa es el reciproco de la

constante de equilibrio de la reaccin directa.

La constante de equilibrio es la relacin de la constante de velocidad de la reaccin

directa, a la constante de velocidad de la reaccin inversa.

El cociente de reaccin Q tiene la misma forma de la expresin de la constante de

equilibrio, pero se aplica a una reaccin que no est en el equilibrio.

La constante de equilibrio se puede expresar tambin en trminos de las presiones

parciales (atm) de los gases en el equilibrio y se conoce como Kp.

Es posible la determinacin de la constante Kc y se conoce el valor de la constante

Kp y viceversa.

El principio de Le Chatelier establece que si se aplica un esfuerzo externo a un

sistema en equilibrio qumico, el sistema se ajustar a fin de contrarrestar el

esfuerzo.

El valor de la constante de equilibrio para una reaccin determinada slo cambia al

variar la temperatura.

Equilibrio Qumico


9. AUTOEVALUACIN.

A continuacin se presentan una serie de preguntas, respndalas segn los

conocimientos adquiridos a travs de la lectura de la gua.

Parte I: Desarrollo.

1) Qu es equilibrio?

2) Cundo se considera que una reaccin ha alcanzado el equilibrio qumico?

3) Cmo se puede predecir el sentido en que se desplaza una reaccin?

4) En qu consiste el principio de Le Chatelier?

Parte II: Verdadero y falso. Lea detenidamente cada uno de los enunciados

presentados y diga si es verdadero o falso. Si resultara ser falso, corrjalo.

1) Para una reaccin en fase gaseosa donde no hay cambio en el nmero de moles de

gas al pasar de los reactivos a los productos al incrementar la presin total no se

altera el equilibrio?

2) El valor de la constante de equilibrio para una reaccin se afecta por los cambios en

la temperatura y la adicin de un catalizador.

3) La posicin del equilibrio para una reaccin exotrmica se desplaza a la izquierda

por un aumento de la temperatura.

Parte III: Seleccin simple: Seleccione con un crculo la opcin correcta.

1) Para la Siguiente reaccin en equilibrio:

2HBr(g) Br2(g) + H2(g)

Cmo es la relacin entre Kc y Kp?.

a) kpkc = b) kpkc

2) Si se adiciona un catalizador al sistema en equilibrio:

N2 O4(g) 2NO2 (g)

Cul es el sentido de la reaccin para reestablecer las condiciones originales?

c) De derecha a izquierda d) De izquierda a derecha

e) Se mantiene en equilibrio

2) En la ley de los gases ideales cmo es la relacin entre el volumen y la presin

ejercida sobre un gas?

a) Directamente proporcional b) Inversamente proporcional.

Equilibrio Qumico


10. EJERCICIOS PROPUESTOS.

1) Escribir la expresin de la constante de equilibrio para cada una de las siguientes

reacciones:

a) CO2(g) + Zn(s) ZnO(s) + CO(g)

b) MgSO4(s) MgO(s) + SO3(g)

c) CS2(g) + 3Cl2(g) CCl4(g) + S2Cl2(g)

d) 2KClO3(s) 2KCl(s) + 2O2(g)

2) Se introdujeron 4 moles de NH3 en un recipiente de 8,0 litros a una cierta

temperatura. Cuando la reaccin: 2NH3 N2(g) + 3H2(g) ,alcanz el equilibrio,

haba 2,4 moles de H2 en el recipiente. Calcule Kc.

3) La constante de equilibrio a 25C para la siguiente reaccin:

AlCl3(g) + 2Al(s) 3AlCl(g)

es Kc=1.3x10-2. Si la concentracin inicial de AlCl3=0.20 mol/L y AlCl=0.10mol/L.

En que direccin se desplazar la reaccin para alcanzar el estado de equilibrio.

Explique.

4) Calcule las concentraciones de equilibrio para N2 , O2 y NO, cuando las

concentraciones iniciales sean [N2]=2.0 y [O2]=0.050 Kc=1.6x10-6 para la

reaccin N2(g) + O2(g) 2NO(g)

5) Una muestra de bromuro de nitrosilo NOBr, se descompone de acuerdo a la

reaccin siguiente:

Una mezcla en el equilibrio en un recipiente de 5 litros a 100 C, contiene 3,22 g

de NOBr, 3,08 g de NO y 4,19 g de Br2.

a) Calcule Kc.

b) Calcule Kp.

c) Cul es la presin total ejercida por la mezcla.

6) La reaccin A(g)+ B(g) C(g) es exotrmica. Se establece el equilibrio. Cmo

cambiara la concentracin de C(g) en equilibrio con:

2NOBr(g) 2NO (g) + Br2 (g)

Equilibrio Qumico


a) Aumento de Temperatura.

b) Aumento de Presin.

c) Adicin de A(g).

Cmo cambiara el valor numrico de la constante de equilibrio K con:

a) Aumento de Temperatura.

b) Adicin de un catalizador.

c) Adicin de A(g)

Equilibrio Qumico


11. BIBLIOGRAFA.

Brown, T. (1993). Qumica. La ciencia central. (5ta ed.). Mxico: McGraw-Hill.

Chang, R (1997). Qumica. (4ta ed.). Mxico: McGraw-Hill.

Seese W., Daud W (1989). Qumica. (5ta ed.). Mxico: Prentice-Hall.

UNEFM (2007). Gua de Equilibrio Inico. (Gua explicativa disponible en la

Coordinacin de Qumica II-Complejo Acadmico El Sabino, UNEFM, Falcn,

Venezuela).

Bibliografa Electrnica.

Enciclopedia Electrnica ENCARTA. Recuperado de:

http://es.encarta.msn.com/sidebar_961539330/La_s%C3%ADntesis_del_amo

n%C3%ADaco_y_los_gases_asfixiantes.html

Enciclopedia Escolar ICARITO. Recuperado de:

http://www.icarito.cl/icarito/enciclopedia/canal/canal/0,0,38035857_152308945

,00.html

Sociedad Andaluza de Educacin Matemtica THALES. Recuperado de:

http://thales.cica.es/cadiz2/ecoweb/ed0765/bebida.html

Enciclopedia On line WIKIPEDIA. Recuperado de:

http://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_qu%C3%ADmico

Bibliografa de figuras.

Figura1.Recuperado de:

http://www.youtube.com/watch?v=nOX2Xj1e7cc

Equilibrio Qumico


Figura 2. Recuperado de:

http://www.juegosdejardin.com/columpios.html


http://www.educa.madrid.org/web/ies.garciamorato.madrid/Fis_Qui/temas_q

2.htm


http://www.slideshare.net/profeblog/t5-equilibrio-qumico-29517/


http://www.brenntag-together.com/es/pages/issues/200601/akt.html


http://centros3.pntic.mec.es/cp.la.canal/agua/AGUA6.HTM


http://eloterodelalechuza.blogspot.com/2005/06/el-principio-de-le-

chatelier.html

Equilibrio Qumico


12. ANEXO.

A continuacin se presentan las respuestas de la autoevaluacin las cuales tiene una

validez de 2 puntos cada una, para que usted pueda identificar el tipo de conocimiento

adquirido sobre el tema:

IMPORTANTE: Segn los resultados obtenidos en la autoevaluacin podra

decirse que su conocimiento sobre el tema ha sido:

Puntuacin Conocimiento

0-5 Deficiente

6-10 Regular

11-15 Bueno

16-19 Muy bueno.

20 Excelente

Parte I: Desarrollo.

1) Estado dinmico, en el que no ocurren cambios a medida que transcurre el

tiempo.

2) Al llegar al tiempo del equilibrio en el cual las concentraciones se hacen

constantes de modo que las velocidades se igualan.

3) Una vez conocido el valor del cociente de reaccin se compara con el valor de la

constante de equilibrio a fin de predecir el sentido en que progresar una mezcla

reaccionante para alcanzar el equilibrio.

4) Si un sistema est en equilibrio y se altera, el sentido de la reaccin se va a

desplazar de tal manera de compensar el efecto que lo est alterando y

restablecer de nuevo el equilibrio.

Parte II: Verdadero y falso: Indicar si cada una de las siguientes afirmaciones es

verdadera o falsa. Si resultara ser falsa, corrjala.

1) Verdadero.

Equilibrio Qumico


2) Falso, la constante de equilibrio slo se ve afectada por la temperatura, la

adicin de un catalizador aumenta la velocidad de reaccin pero no modifica su

constante de equilibrio.

3) Verdadero.

Parte III: Seleccin simple: Seleccione con un crculo la opcin correcta.

1) kpkc = .

2) Se mantiene en equilibrio .

3) Inversamente proporcional.

equilibrio quimico

Documents