VELOCIDAD DE
REACCIÓN Y EQUILIBRIO
QUÍMICO
LICDA : ISABEL FRATTI DE DEL CID
IMÁGENES, ILUSTRACIONES, CUADROS
PROPORCIONADOS POR LICDA. LILIAN GUZMÁN
Cinética Química
Es el estudio de las velocidades de reacción y los
factores que afectan la velocidad de reacción.
TEORIA DE COLISIONES
Indica que una reacción tiene lugar solo cuando
los Reactivos (moléculas , átomos, iones), chocan
con la orientación adecuada y suficiente energía.
Pueden ocurrir muchas colisiones, pero muy pocas
son efectivas, es decir; conducen a la formación
de productos.
Condiciones indispensables
para que ocurra una reacción
A- Colisión
: las partículas ( moléculas, átomos e iones)
de los reactivos deben chocar es decir colisionar
entre ellos.
B-Orientación:
Los
reactivos
deben
alinearse
correctamente para que al chocar se puedan romper
y formar enlaces.
C- Energía
:La colisión debe suministrar suficiente
energía para alcanzar la energía de activación
necesaria para esa reacción.
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Orientación correcta Productos de la reacción
Orientación incorrecta Orientación incorrecta Orientación incorrecta ALINEACIONES INCORRECTAS NO HAY REACCION
Energía de Activación
Es la cantidad mínima de energía necesaria
para romper los enlaces entre los átomos de los
reactivos de tal manera que estos se conviertan
en productos.
Si la energía que resulta de la colisión es menor
que la energía de activación, los reactivos,
chocan y rebotan, pero
no se transforman en
productos, es decir no hay reacción.
Energía de Activación
6 REACTIVOS PRODUCTOS ENERGIA DE ACTIVACION AVANCE DE LA REACCION ENE RGI AVelocidad de Reacción
Se define como la cantidad de reactivo
consumido
o de producto obtenido en un periodo dado de
tiempo.
Velocidad de reacción =
Cambio en [Reactivo o Producto]
Unidad de tiempo
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Factores que afectan la
velocidad de reacción
1.
Temperatura
2.
Concentración de reactivos
1-Temperatura
Al aumentar la temperatura , aumenta la energía
cinética de las partículas, (Recordar qué energía
cinética es E
k= ½ mv
2) por lo tanto se mueven
más rápido, chocan más veces por unidad de
tiempo.
Además al moverse más rápido llevan más energía
y es más probable que mayor numero de reactivos
alcancen la energía de activación necesaria
para de
formación de productos. Todo esto
aumenta la velocidad de reacción.
2. Concentración de reactivos
Al
aumentar
la
concentración
de
las
partículas reaccionantes, aumenta el número
de colisiones y la reacción avanza más rápido
:
[Reactivos] Velocidad de reacción
3.Catalíticos o Catalizadores
Sustancia que
aumenta la velocidad de
reacción al reducir la
Energía de activación .
Los
catalizadores
NO
se
consumen
en la reacción. Su masa
permanece
constante.
Uso de catalíticos velocidad de reacción
Reacciones Reversibles
En algunas reacciones, se forman los
productos y éstos interactúan y chocan para formar los
reactivos nuevamente. Es decir, éstas reacciones, pueden llevarse a cabo en uno u otro sentido, hasta llegar al
equilibrio.
Reacción directa :
A B
Reacción Inversa:
A B
Reacción reversible:
A ⇄
B
Equilibrio Químico
Punto en el cual la velocidad de la reacción
directa es igual a la velocidad de la reacción
inversa. Los reactivos forman productos con la
misma frecuencia que los productos forman
reactivos.
En el equilibrio :
Las velocidades de las reacciones directa e
inversa son iguales. Las concentraciones de
reactivos y productos permanecen constantes (
no iguales ), es decir ya no hay cambios en las
concentraciones de reactivos y productos.
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Ley de Acción de Masas
Establece que cuando una reacción reversible
alcanza el equilibrio, se le puede calcular a una
temperatura dada su Constante de equilibrio ( Keq),
la cual se expresa de la manera siguiente:
Para la reacción
a A + b B
⇋
c C + d D
Keq = [C]
c[D]
d
Concentraciones molares de los productos[A]
a[B ]
b
Concentraciones molares de reactivosLos exponentes corresponden a los coeficientes en la ecuación balanceada
El
valor numérico de la Keq se obtiene al
dividir el producto de las concentraciones
molares en el equilibrio de los productos
dentro del producto de las concentraciones
molares de los reactivos, cada una elevada a
la potencia que corresponde a su
coeficiente en la ecuación balanceada.aA + bB ⇄ cC + dD
Uso del valor de la Keq : Nos ayuda a predecir hacia
donde se desplaza mayoritariamente la reacción.
Keq = 1 : [Reactivos] [Productos] reacción
moderada.
Keq 1: [Reactivos] menor que [ Productos] el
equilibrio está más desplazado a la formación de
productos ( desplazado a la derecha)
Keq 1: [ Reactivos] mayor que [ Productos ] el
equilibrio se desplaza a la formación de reactivos
( desplazado a la izquierda )
Equilibrio Homogéneo
Es aquel en el cual todos los reactivos y
productos se encuentran en el mismo estado
físico ( Ejemplo todos son gases).
Equilibrio Heterogéneo
Es aquel en el que uno o mas de los reactivos ó
productos no están en el mismo estado ( ejemplo
unos son gases y otros sólidos)
SÓLIDOS sin disolver no se colocan en la constante de equilibrio. puesto que sus concentraciones no varían significativamente. Ejemplos :
2KNO3(s) ⇄ 2KNO2(s) + O2(g) Keq= [O2]
C(s) + 2H2(g) ⇄ CH4(g)
CaO (s) + CO2 (g) ⇄ CaCO3 (s) Keq = 1_ [ CO2]
Nota: la concentración de los sólidos
no se escriba en la expresión y cálculo de Keq.
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Keq= [CH4 ] [H2]2
En el equilibrio homogéneo
Se toman en cuenta todos los participantes
en la reacción:
Ejemplo:
2 SO
2(g) + 2 H
2O (g) ⇄ 2 H
2S (g) + 3 O
2(g)
Keq =
[H
2
S]
2
[O
2
]
3
[ SO
2
]
2
[H
2
O]
2
20Ejemplo de cálculo de Keq:
Calcule la Keq y diga hacia donde se halla
desplazado el equilibrio para la reacción:
N
2 (g)+ 3 H
2 (g)⇄ 2 NH
3 (g)Sabiendo que en el equilibrio :
[N
2]= 0.2 [H
2] = 0.4 [ NH
3]= 0.3
Keq. [ NH
3]
2
Keq = (0.3)
2_
[ N
2] [H
2]
3(0.2)(0.4)
3Keq= 7.03, como es mayor de 1. ( >1 ), la
reacción se halla más desplazada al lado de
los productos es decir hacia la derecha.
Ejemplo 1: de cálculo de la concentración
de uno de los reactivos ó productos
conociendo Keq
Calcule la [H
2], para la siguiente reacción :
CO
(g)+ H
2O
(g)⇄ CO
2 (g) +H
2 (g)si Keq = 0.8 y en el equilibrio las concentraciones
son:
[CO] = 0.2 [H
2O] = 0.1 [CO
2] = 0.4
Resolucion:
Escriba ecuación de Keq y sustituya con valores
Keq = [CO
2][ H
2]
0.8 = (0.4) ( x ) despejar x
[ CO ][H
2O] (0.2)(0.1)
( x) = 0.8 (0.2) (0.1) / (0.4) = 0.04
[ H
2] = 0.04 Resp . [H
2] = 0.04
Ejemplo 2:
Escriba las expresiones de las
constantes de
equilibrio de las siguientes reacciones: y diga
si
son equilibrios homogéneos ó heterogéneos.
a)
PCl
5 (g)⇄
PCl
3 (g)+ Cl
2(g)b)
4NH
3(g)+ 5O
2(g)⇄ 4NO
(g)+ 6 H
2O
(g)c)
2 NaHCO
3 (s)⇄
Na
2CO
3 (s)+ CO
2(g)+
H
2O
(g)24
Ejemplo 3:
Dadas las concentraciones en equilibrio
calcule el valor de la constante de equilibrio y diga
hacia donde se desplaza el equilibrio.
2 A + B ⇄ 3 C + D
[A] = 0.35M; [B] = 0.9 M; [C] = 0.10M;
[D] = 0.50 M
Ejemplo 4:
¿Cuál es el valor de la constante de
equilibrio ( K eq ) para la siguiente reacción?
CO
2(g)+ H
2(g)⇄CO
(g)+ H
2O
(g)Si [CO] =0.25 M, [H
2O] =0.4M, [CO
2]=0.50M [H
2]=0.1M
La Keq
de la reacción siguiente es 0.212 . Cuando
[NO
2] = 0.40 M, ¿Cuál es la [N
2O
4] en el equilibrio?
Calcular Keq para la siguiente reacción:
C
(S)+ H
2O
(g)CO
(g)+ H
2(g)SÍ: [C] = 0.3 [CO] = 0.4 [H
2O] = 0.2 [H
2(g)]= 0.3
y diga hacia donde se desplaza l equilibrio
Factores que afectan el
equilibrio
1- Concentración de Reactivos
y Productos.
2- Temperatura
3- Presión
Factores que afectan el equilibrio
Concentración
Si se aumenta la [Reactivos ] el equilibrio se
desplaza a mayor formación de productos . Es
decir hacia la derecha. (derecha →)
Si se disminuye la [Reactivos ] el equilibrio se
desplaza a la izquierda a mayor formación de
reactivos ( Izquierda ←)
-Si se aumenta la [productos ] el equilibrio se
desplaza a mayor formación de reactivos
( izquierda
←)
-Si se disminuye la [ productos ] el equilibrio se
desplaza a mayor formación de productos
(→ derecha)
Cambios en la Temperatura en
reacciones endotérmicas
Reacciones endotérmicas: necesitan calor se puede considerar al calor como reactivo (componente del lado izquierdo) para predecir el desplazamiento del equilibrio. Entonces: Si aumenta calor, aumenta la izquierda el equilibrio se desplaza a la derecha ( contra el aumento).
Si disminuye Temperatura, disminuye izquierda, se desplaza hacia izquierda ( a favor de la disminución)
2 KClO
3+ calor ⇄ 2 KCl + 3 O
2Endotérmica
↑ de Temperatura el equilibrio se desplaza hacia la derecha →
ENDOTERMICA
↓ de Temperatura el equilibrio se desplaza hacia la izquierda ←
Cambios en la Temperatura, en
reacciones exotérmicas
Reacciones exotérmicas: Liberan calor ; se puede
considerar al calor como uno de los productos (un
componente del lado derecho). Entonces :
Al aumentar temperatura
(AUMENTA DERECHA),el equilibrio se
desplaza hacia la izquierda( en contra del aumento)
Al disminuir la temperatura
( DISMINUYE DERECHA) EL EQUILIBRIOse desplaza hacia la derecha ( a favor de la
disminución)
N
2 (g)+ 3 H
2(g)⇄
2 NH
3 (g)+ calor
Exotérmica
30 ↑ de T el equilibrio ← EXOTERMICA ↓de T el equilibrio →
Presión
Al aumentar la presión el equilibrio se desplaza
hacia donde haya menor número de moles
de gases.
Al disminuir la presión, el equilibrio se desplaza
hacia donde hay mayor número de moles de
gases. Ej:
CO
(g)+ 3H
2(g)CH
4(g)+ H
2O
(g)PRESIÓN
↓ PRESIÓN Se desplaza, hacia donde hay MAYOR # de moles de gases
↑ PRESIÓN Se desplaza hacia donde hay MENOR # de moles de gases
Principio de Le Chatelier
Si se aplica una alteración
(como un
cambio
de
concentración,
presión
o
temperatura) en una reacción en equilibrio,
el equilibrio se desplaza en la dirección que
disminuya la perturbación.
Es decir, el sistema responde cambiando la
velocidad de reacción hacia la derecha o
a la izquierda, para minimizar la alteración y
restablecer el equilibrio.
Generalmente: «El equilibrio se desplaza en contra
del aumento y a favor de la disminución». Es decir:
Si aumentamos algo que esta en la derecha, el equilibrio se desplaza a la izquierda.( contra el aumento
)
Si disminuimos algo que está en la derecha, el equilibrio se desplaza a la derecha ( a favor de la disminución).
Si aumentamos algo que está en la izquierda, el equilibrio Se desplaza hacia la derecha (contra el aumento).
Si disminuimos algo que esta en la izquierda el equilibrio se desplaza hacia la izquierda ( a favor de la disminución)
Las prediciones de Le Chatelier acerca de las alteraciones o perturbaciones del equilibrio se resumen en el siguiente
FACTOR Perturbación Desplazamiento del Equilibrio CONCENTRACION ↓ [ productos ] ↑ [ reactivos ] Derecha → ↓ [ reactivos ] ↑ [ productos ] Izquierda ← TEMPERA TURA Endotérmicas A + calor B Si ↑ T Derecha → Si ↓ T Izquierda ← Exotérmicas A B + calor Si ↑ T Izquierda ← Si ↓ T Derecha → PRESION Si ↓ Presión
Hacia donde hay MAYOR # de moles de gas Si ↑ Presión
Hacia donde hay MENOR # de moles de gas
Para la reacción en equilibrio
2NO2(g) ⇄ 2NO (g)+ O2(g) + calor A-Es exotérmica ó endotérmica.? R:Exotérmica
B-Escriba la constante de equilibrio : Keq = [ O2 ] [ NO] 2
[ NO2 ] 2
C-Es equilibrio homogéneo/ heterogéneo? R: Homogéneo
D- Hacia que dirección ( IZQUIERDA Ó DERECHA ) de desplazará el equilibrio si se:
D.1- Aumenta la temperatura: R: Izquierda ( )
D.2- Disminuye [ NO] : R: Derecha ( )
D- 3- Disminuye la temperatura. R: Derecha ( )
D-4- Aumenta [ NO2]. R: Derecha ( )
D-5- Aumenta la presión. R: Izquierda ( ) ( hay menor número de moles de gases.
Ejemplo:
Si se aumenta la presión en la siguiente reacción:
CO
(g)
+ 3 H
2(g
)
⇄ CH
4 (g)
+ H
2
O
(g)
El equilibrio se desplaza hacia la derecha
pues allí hay menos número de moles de
gases.
Entonces : [CH
4] y [H
2O]
[CO] y [ H
2]
Resuelva lo siguiente:
1. Considere el siguiente sistema:
C
2H
6 (g)⇄
C
2H
4(g)+ H
2 (g)+ Calor
Prediga hacia donde se desplaza el equilibrio si:
a) Aumentamos la temperatura_________
b) Disminuimos [ C
2H
4]______________
c) Aumentamos [ H
2].____________
d) Disminuimos la presión: _______
e) Disminuimos la temperatura____
Ejercicio
2.
Para la reacción en equilibrio
2NO
2(g)⇄ 2NO
(g)+ O
2(g)+ calor
a)Escriba la constante de equilibrio
b) Hacia que dirección de desplazará el equilibrio
(izquierda derecha) si se:
-
Disminuye la temperatura____________________
-Disminuye el NO de sistema__________________
-Aumenta la temperatura_____________________
-Aumenta la concentración de NO
2:________________ -Cambio de volumen de sistema de 1 a 1.5 Litros
-Aumenta la presión: ______________
Efecto en las concentraciones de
reactivos y productos al provocar
cambios en un sistema en equilibrio
Si equilibrio se desplaza hacia la derecha
A) Aumenta [ productos ]
B) Disminuye [ reactivos ]
Si equilibrio se desplaza hacia izquierda
A: Aumenta [ Reactivos ]
DESPLAZAMIENTO DEL EQUILIBRIO ENTONCES a) Aumenta la T° [CO]____ [H2] ____ [CH4]____ [H2O] ____ b) Disminuye [H2] CO]____ [H2] ____ [CH4]____ [H2O] _______ c) Disminuye [CH4 ] CO]____ [H2] ____ [CH4]____ [H2O] _______ d) Disminuye la presión CO]____ [H2] ____ [CH4]____ [H2O] _______ e) Aumenta [CO] CO]____ [H2] ____ [CH4]____ [H2O] _______
