Equilibrio quimico

EQUILIBRI QUÍMIC.

Reaccions químiques reversibles i irreversibles.
L’ estudi del equilibri constitueix un dels aspectes de major interès de la Termodinàmica.
Els processos químics poden ser reversibles i irreversibles:

Reacció o procés químic irreversible.
Aquella reacció que té lloc en un sol sentit, de reactius a productes, i que evoluciona fins
que es consumeixtotalment els reactius o reactiu limitant.
Ex.: I2 (g) + H2(g) 2HI (g).

Reacció o procés químic reversible
Aquelles reaccions que poden tenir lloc en tots dos sentits (R-P I de P-R) i que evolucionen fins que s’ arriba a l’ anomenat estat d’ equilibri. A partit d’aquest moment les concentracions de totes les espècies es mantenen constants.
Per indicar que una reacció és reversible, lasimbolitzem mitjançant una doble fletxa:
Ex.: I2 (g) + H2(g) 2HI (g).
Les dos reaccions de dreta a esquerra i d’esquerra a dreta es desenvolupen simultàniament.

Característiques d’aquest estat d’equilibri
És un equilibri dinàmic. Es dona per la igualtat de les velocitats de les dos reaccions oposades.
Les concentracions de reactius i productes, o bé les pressions parcials en cas de gasosromanen constants. No varien amb el temps.
Els sistemes evolucionen espontàniament cap aquest estat d’ equilibri a partir dels reactius o productes.
Aquest sistema solament existeix en un sistema tancat. On la P i la T arriben a ser constants.

Constant d’equilibri.

Per poder conèixer la concentració de reactius i productes d’ una reacció en estat d’equilibri definirem la constant d’equilibri: Kc
Per definir K anem a veure un exemple (pag 160). (mirar dades taula 1)
Anem a considerar en primer lloc reaccions homogènies en fase gasosa
Ex.: I2 (g) + H2(g) 2HI (g).
En aquest exemple s’observa que mantenint la T constant , encara que es variïn les concentracions inicials de reactius i productes, una vegada s’arriba a l’equilibri la relació :
Dades pag 160[HI]2/ [H2]· [I2] = constant.

Aquesta relació es coneix com la constant d’equilibri Kc (que solament depèn de la T).

Si tenim la Reacció CO2(g) + H2 (g) CO (g) + H 2O(g)

Les velocitats de la reacció directa Vd = Kd (CO2) · (H2)
Les velocitats de la reacció inversa Vi = Ki (CO) · (H2O)
Quan s’arriba al equilibri les velocitats de les dos reaccions són iguals:
Vd= Vi Kd (CO2)· (H2) = Ki (CO) · (H2O) Kd/Ki = (CO) · (H2O) /(CO2) · (H2) =Kc
Llei del equilibri
Per a qualsevol reacció: aA + bB C+ dD
Tenim:
Kc = (C)c · (D)d són les concentracions en equilibri
(A)a· (B)b

Kc = [productes]coeficients
[reactius]coeficients
Kc és característica de la reacció i Solament depèn de la temperatura. Si varia la T variael valor numèric de Kc
El valor numèric de K ens dona la tendència dels reactius a convertir-se en productes:
Kc grans implica que la reacció és molt favorable en sentit directe i per tant a l’ estat d’ equilibri hi haurà molta quantitat de productes i pocs reactius.
Kc petits impliquen que la reacció inversa és molt favorable i per tant a l’ estat d’ equilibri hi haurà molta quantitat dereactius i poca de productes.
Problema 2,3 (problemes resolts pag 162-164.)

ALTRES EXPRESSIONS DE K EQUILIBRI.
En les reaccions en les quals intervenen gasos, la K la podem expressar en funció de les pressions parcials, ja que són proporcionals a les concentracions.
. Se la designa per Kp.
L'expressió de la constant d'equilibri, Kp, en funció de les pressions parcials per a la reacció:
aA+ bB cC+ dD
Tenim:
Kp = Pc c · PDd
PA a· PBb
essent p A la pressió parcial del gas A, pB la pressió parcial del gas B, etc.'!
Per trobar la relació entre les constants Kp i Kc recordem que la pressió parcial d'un gas A en una mescla de gasos és: PA = nA RT com nA = [A]
V V
pa = [A] RT
essent nA el nombre de mols...