Procesos quimicos

Tema 5: Equilibrio qu´ımico
.
Concepto.
Equilibrio y energ´ıa libre.
Sistemas gaseosos.
Ley de velocidad.
´ de masas.
Ley de accion
´
Equilibrios heterogeneos.
Aplicaciones de la constante de equilibrio.
´
Cociente de reaccion.
Cambio de condiciones y equilibrio: Principio de Le Chatelier.

´
Alfredo Aguado, Departamento de Qu´ımica F´ısica Aplicada, Universidad Autonoma
de Madrid

Qu´ımicaF´ısica Aplicada, UAM

Equilibrio Material

Equilibrio material: Equilibrio de un sistema en el que no se
producen reacciones qu´ımica globales ni transferencia neta de
materia.
Se puede clasificar en:
´
Equilibrio qu´ımico (de reaccion):
Equilibrio respecto de la
´ de unas especies en otras.
transformacion
Equilibrio de fases: Equilibrio respecto al transporte de materia de
una fase a otra.

´
AlfredoAguado, Departamento de Qu´ımica F´ısica Aplicada, Universidad Autonoma
de Madrid

Qu´ımica F´ısica Aplicada, UAM

Equilibrio Qu´ımico

´
Esto significa que para una reaccion
Reactivos

Productos

´
A escala macroscopica:
las concentraciones de todos los reactivos y
productos permanencen constantes en el tiempo.
´
A escala microscopica
(molecular): las velocidades de las reacciones
´
directa einversa son iguales (equilibrio dinamico).

´
Alfredo Aguado, Departamento de Qu´ımica F´ısica Aplicada, Universidad Autonoma
de Madrid

Qu´ımica F´ısica Aplicada, UAM

Tipos de equilibrio Qu´ımico

Veremos los siguientes equilibrios qu´ımicos:
´
Reacciones acido-base.
´ de complejos.
Equilibrios de solubilidad y de formacion
´
´
Reacciones de oxidacion-reducci
on

´
Alfredo Aguado, Departamento deQu´ımica F´ısica Aplicada, Universidad Autonoma
de Madrid

Qu´ımica F´ısica Aplicada, UAM

´
Equilibrio Termodinamico
´ termodinamica
´
La condicion
de espontaneidad de un proceso en un sistema
´
a P y T constantes se expresa en terminos
de la energ´ıa libre de Gibbs:

Proceso
∆G

P y T constantes
´
Espontaneo
Equilibrio
<0
=0

imposible
>0

´
Alfredo Aguado, Departamento de Qu´ımica F´ısicaAplicada, Universidad Autonoma
de Madrid

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´
Equilibrio Termodinamico

´
Alfredo Aguado, Departamento de Qu´ımica F´ısica Aplicada, Universidad Autonoma
de Madrid

Qu´ımica F´ısica Aplicada, UAM

Potencial qu´ımico
Potencial qu´ımico µi : Aumento de energ´ıa libre por mol de sustancia
˜
´
anadida
( o por mol de avance de la reaccion).
µi =

∂G
∂ni

= µ0i + RT ln aiP,T ,nj

Propiedad intensiva que depende de la actividad, ai , o fugacidad, fi ,
´ segun
de la especie i, relacionada con la concentracion
´ (para
sistemas ideales):
Gases ai = fi = pi /p◦
L´ıquidos ai = [i]/c ◦

(p◦ = 1 bar)
(c ◦ = 1 M)

´
Solido
o l´ıquido puro ai = [i]/[i]◦ ≈ 1 → µi = µ0i

´
Alfredo Aguado, Departamento de Qu´ımica F´ısica Aplicada, Universidad Autonoma
de Madrid

Qu´ımicaF´ısica Aplicada, UAM

´
Equilibrio Termodinamico:
ejemplo
´ de isomerizacion
´ entre la glucosa-6-fosfato
Ejemplo: La Reaccion
(Reactivo) y la fructosa-6-fosfato (Producto) esta´ catalizada por la
Glucosa-6-fosfato isomerasa:

´
´
Calculo
de ∆G de la reaccion:
0
G = nP µP + nR µR = (nP0 + ξ)µP + (nR
− ξ)µR
∂G
a
∆r G =
= µP − µR = ∆r G0 + RT ln P
∂ξ
aR
´
Alfredo Aguado, Departamento de Qu´ımica F´ısicaAplicada, Universidad Autonoma
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´
Energ´ıa libre de una reaccion
´ de energ´ıa libre de una sistema reactivo:
La variacion
a A + b B + ...

d D + e E + ...

es:
∆r G = ∆r G◦ + RT ln Q
´
donde Qr es el cociente de la reaccion:
Q=

d ae · · ·
aD
E

aAa aBb · · ·

aiνi

=
i

´
Notese
que es una magnitud adimensional.

´
Alfredo Aguado, Departamento deQu´ımica F´ısica Aplicada, Universidad Autonoma
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Ejemplo
´ biologica
´
Ejemplo: Consideremos la reaccion
a 37 ◦ C en la que interviene el
´
coenzima dinucleotido
de nicotinamida adenina (NAD+), presente en la
´ principal es el intercambio de electrones e
vitamina B3 y cuya funcion
´ de energ´ıa de todas las celulas:
´
hidrogeniones en la produccion...