Equilibrio químico

Equilibrio quimico: se alcanza cuando la velocidad con que los reactivos forman los productos es igual a la velocidad con que los productos pueden formar nuevamente reactivos. A+B--->C+D  v.directa=v.inversa

tipos de solutos en H2O.

ELECTROLITOS: son  sustancias que disueltas en medio acueso sufren una disosiacion formando iones (cationes y aniones)). los electrolitos pueden ser acidos, bases y sales.

ejm: ACIDO  Hcl(ac)---->H+(ac)   +   cl-(ac)

BASE     Koh(ac)---->K+(ac)     +   Oh-(ac)

SAL     Kcl(ac)---->K+(ac)     +   Cl-(ac)   

Cu(No3)2(Ac)--->Cu2+(ac) +   2No3-(ac)

Electrolitos fuertes: son aquellos que se disocian completamente en solucion. No establece equilibrio, se disocian completamente en sus iones.

Ejm:  Fe2(So4)3---->2Fe3+       +   3So4 2-

Hcl---->H+   +   Cl-

Electrolitos debiles: son aquellos que se disocian parcialmente en medio acuoso, estableciendo un equilibrio quimico.

Ejm:   CH3CooH(ac)   +  H2o-----> CH3coo-(ac)   +   H3o+(ac)

Nh3  + H2o---->  Nh4+    +   Oh-

NO ELECTROLITOS: Son sustancias que disueltas en agua no se disocian en iones, lo que hace que no conduzcan energia electrica. conservan su estructura molecular.

ELECTROLITOS

               ACIDOS                                                         BASE

EQUILIBRIO QUIMICO: es el estado que alcanzan las reacciones quimicas en el que la rapidez de la reaccion en sentido directo (formacion de productos) es igual a la rapidez en sentido inverso (regeneracion de los reaccionantes), manteniendose las concentraciones de todas las especies involucradas invariables.

EQUILIBRIO: aA  +  bB ----->   cC   + dD

donde a,b,c y d= son valores estequiometricos de la reaccion balanceada.

A, B, C Y D= son los compuestos quimicos.  ----> indica que la reaccion es reversible.

Naturaleza del equilibrio quimico: el equilibrio es de tipo termodinamico, es decir, las concentraciones de las especies involucradas depende de la temperatura a la cual ocurre la reaccion quimica.

A  + B--->  C  +  D  (t1)

A  + B---> C   +   D (T2)

Caracteristicas del equilibrio quimico.

- es dinamico (la reaccion nunca se detiene).

- las velocidades de las reacciones directa e indirecta son iguales.

- la posicion de equilibrio depende de la temperatura.

- si el estado de equilibrio es perturbado, se establece un nuevo estado de equilibrio, con las concentraciones de las especies distintas al equilibrio inicial pero manteniendo igual un equilibrio.

- esta representada por una constante de equilibrio la cual expresa la forma en que varian los productos en relacion a los reactivos.

Ley de accion de masa: Las concentraciones de las especies que intervienen en un estado de equilibrio estan relacionadas entre si en un valor constante (constante de equilibrio=Ke)

Tipos de constante de equilibrio. la constante de equilibrio se determina x el producto de las concentraciones de los productos elevadados a sus coeficientes estequiometricos dividido x el producto de las concentraciones de los reactivos elevados a sus coeficientes estequiometricos.

a) constante termodinamica: se aplica a medios gaseosos.

----->  Kc    Constante de equilibrio que se relaciona con la concentracion mol/l

------> Kp   constante que depende de las presiones parciales. p= presion parcial

------> Kx  constante que depende de la fraccion molar.

 b) constante de ionizacion:

donde ka: constante de ionizacion acida  y Kb: constante de ionizacion basica.

c) constante de (kps): equilibrio heterogeneo entre una sustancia ligeramente soluble y sus iones en una disolucion saturada.

Kps= a la multiplicacion de los productos de la reaccion.

Caracteristicas de la constante de equilibrio.

-es un valor adimensional (no tiene unidades)

-solo depende de la temperatura de la reaccion.

-la acleracion de la constante de equilibrio. solo se expresa en funcion de las especies en estado gaseoso o en estado acuoso (se excluyen de la ecuacion las especies en estado liquido y solido).

-se puede expresar en funcion de las concentraciones molares (kc, presiones parciales kc, y fracciones molares kx.

-si los numeros estequiometricos de una reaccion quimica se multiplican por un factor, la constante se debe elevar a ese factor.

-si el sentido de una reaccion quimica invierte la constante correspondiente sera el valor inverso de la constante original.

-al sumar algebraicamente 2, 3 o mas reacciones quimicas para obtener una reaccion general, la constante de la reaccion resultante debe ser el producto de cada una de las reacciones sumadas.

Clasificacion de las reacciones de equilibrio.

1- equilibrio homogeneo: todas las especies se encuentran en la misma fase. eje: H2(g) +cl2(g)-->2hcl(g)

2- equilibrio heterogeneo: las especies se encuentran en fases diferentes.

Importancia de la magnitud de la constante de equilibrio.

K(grande)------>    A + B---> C + D   Cy D son muchos mayor a A y B. (el equilibrio se desplaza totalmente hacia los productos).

k(pequeña)----> A + B---> C + D   A y B son mucho mayor a C y D. (el equilibrio se desplaza totalmente hacia los reaccionantes).

La constante de equilibrio tiene un valor constante, solo si la temperatura no cambia, ayuda a predecir la direccion en la que procedera la reaccion para lograr el equilibrio y tambien permite calcular las concentraciones de los reactivos y los productos una vez alcanzado el equilibrio.

Calculo de la concentracion de equilibrio:

- si conocemos "kc" es posible calcular las concentraciones de las especies en equilibrio a partir  de las concentraciones iniciales.

- un cambio positivo representa un incremento de la concentracion en equilibrio.

- un cambio negativo representa una disminucion de la concentracion en equilibrio.

Principio Le chatelier: todo estado de equilibrio al sufrir una modificacion que la saca del mismo, dicha reaccion se desplazara espontaneamente en sentido adecuado para establecer un nuevo estado de equilibrio.

Perturbaciones del estado de equilibrio en medio gaseoso:

1- Modificacion de la concentracion: aA(g) + bB(g)----> cC(g) + dD(g)

1.1 si se añade A,B o ambas ocurre un desplazamiento en sentido directo (formacion de productos)

1.2 si se añade C,D o ambas ocurre un desplazamiento en sentido inverso (formacion de reactivos)

1.3 si se sustrae A,B ó ambas ocurrira el desplazamiento en sentido inverso (formacion de reactivos)

1.4 si se sustrae C,D o ambas ocurre un desplazamiento en sentido directo (formacion de productos)

1.5 si se añade y sustrae de manera aleatoria tendremos un cociente de reaccion (Q)

Q>K desplaza en sentido inverso

Q<K desplaza en sentido directo

Q=K estado de equilibrio

2. Modificacion de la temperatura de la reaccion.

2.1 Reaccion endotermica (absorcion de energia)

 Desplazamiento directo

Deplazamiento inverso.

2.2 Reaccion exotermica.

desplazamiento inverso

desplazamiento directo

3. Modifiacion o variacion del volumen de reaccion.

3.1 aumento del volumen: el desplazamiento sera en sentido de la mayor cantidad de moles gaseosos (tipo espansion).

3.1 disminucion del volumen: el desplazamiento sera en sentido de la menor cantidad de moles gaseosos  (tipo compresion).

4. Cambio de presion.

4.1 cambio de volumen. se aplica el criterio de la modificacion del volumen de la reaccion.

4.2 cambio de la temperatura. se aplica el criterio de la modificacion de la temperatura de la reaccion.

4.3 adicion o sustraccion de un componente. se aplica el criterio de la modificacion de la concentracion.

*si tenemos la temeratura constante es un sistema isotermico.

* si tenemos el volumen constante es un sistema isotermico.

* si tenemos la precion constante es un sistema isobarico.

* sistema cerrado: no se transfiere masa pero si se transfiere energia calorica.

5. Adicion de un gas inherte: no afecta el estado de equilibrio, no modifica las presiones parciales.

 6. Adicion de un catalizador: no afecta el estado de equilibrio porque favorece la rapidez de la reaccion inversa e inversa de igual manera.

Equilibrio quimico en medio acuoso.

electrolitos fuertes: se disocian completamente.

1.acidos fuertes (algunos acidos inorganicos).

H cl, Hbr, Hi, Hno3, Hclo4, H2so4--->(solo la primera pronotacion)

2. hidroxidos solubles: Naoh, Koh, Lioh, Ba(oh)2, Sr(oh)2

3. SALES solubles: Nacl, K2so4; Nh4no3; Al2(so4)3; Kno3.

Electrolitos debiles: se disocian parcialmente.

Hno2, Hclo, Hf, H2co3, H3po4, H2so4 (segunda ionizacio), Hcn, H2s . Hcn

acidos carboxilicos: Rcooh---->  Rcoo-   +  H+(Ac)

Bases nitrogenadas: Nh3  + H20---->  Nh4 + Oh+

Aminas: Primaria(monosustituida)  R-nh2

secundaria (disustituida) (R)2-Nh ;  Terciaria (trisustituida) (R)3-N

Enlace Ionico: equilibrio que involucra la formacion de iones.

Clasificacion o tipos de equilibrio ionico en medio acuoso:

a) equilibrio acido-base: HA  +  h2o---> H3o+  +  A-      (Ka)

B   + H2o----> Oh-   +  Bh+    (Kb)

b) equilibrio de solubilidad.

c) equilibrio formacion de complejo:

Ca2+    +   EDTA4-      ------->   ca(EDTA)2-     ION COMPLEJO

d) equilibrio oxido reduccion (redox)

2fe2+     +    Cl2   ---->     2 fe3+    +    2Cl-

Fe2+     +   Pb4+ ----->   Fe3+       +  Pb 2+

Factores que afectan el estado de equilibrio en medio acuoso. (considerando que la temperatura siempre seta constante).

a) Efecto del ion comun: este efecto ocurre cuando una solucion donde esta establecido un equilibrio ionico, se le añade una especie que genera iones que son iguales a los iones que participan en el estado de equilibrio ocasionando un desplazamiento del estado de equilibrio hacia la especie no ionica (sentido inverso).

b) Efecto salino: ocurre cuando la especie debil esta disuelta en una solucion que contiene otras especies que aportan iones no comunes a los que establecen el equilibrio. depende de:  

a) la carga de los iones que participan en el equilibrio.

A mayor carga electrica de los iones mayor sera el efecto salino.

b) la fuerza ionica (u) es un parametro relacionado con las concentraciones ionicas y las cargas de las mismas. a mayor fuerza ionica mayor sera el efecto salino.

Para la fuerza ionica ≤ 0,1 el efecto salino solo depende del valor de la fuerza ionica. para la fuerza ionica ≥ el efecto salino depende de otros factores ademas de la fuerza ionica como la carga ionica y el diametro ionica,  y si la fuerza ionica > 1 el comportamiento del efecto salino es impredesible.

En el ion comun se dirige la reaccion hacia la especia no ionica. en el efecto salino se dirife la reaccion hacia la especie ionica