Termodinamica

4. Equilibrio químico
Es el estado al que se llega al final de cualquier sistema químico. La expresión matemática que representa al Equilibrio Químico, se conoce como Ley de Acción de Masas y se enuncia como: La relación del producto de las actividades ( actividad igual a concentración en soluciones diluídas) elevadas los coeficientes estequiométricos en la reacción de productos y reactivospermanece constante al equilibrio. Para cualquier reacción:

aA + bB

cC + dD

[C ]c [D ]d K= [A]a [B]b

K = cte. de cada reacción en el equilibrio

[C ]c [D ]d Q= [A]a [B]b

Q= valor que disminuye durante la reacción hasta que permanece constante al equilibrio, relación antes del equilibrio.

Las letras entre paréntesis rectangular indican concentración molar de reactivo o producto ylos exponentes son los coeficientes estequiométricos respectivos en la reacción. De acuerdo con estas expresiones matemáticas: Si K > 1, la reacción tiene un rendimiento alto y se dice que esta desplazada a la derecha. Si se utiliza Q se sabe que: Si Q < K: la reacción se lleva a cabo hacia los productos (derecha), y Q va a aumentar hasta llegar a K, donde se vuelve constante. Si Q > K: la relaciónentre productos y reactivos es muy grande, entonces los productos se convierten en reactivos y la reacción se lleva a cabo en sentido contrario (izquierda, pero en menor cantidad). Si Q = K: el sistema se encuentra en equilibrio. El equilibrio químico se rige por el principio de LeChatelier:

Principio de Le Chatelier: Un sistema, sometido a un cambio, se ajusta el sistema de tal manera que secancela parcialmente el cambio. Factores que influyen en la reacción: Concentración Presión Temperatura

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Concentración: - A mayor concentración en los productos el equilibrio tiende a desplazarse hacia los reactivos para compensar la reacción (el equilibrio se va hacia la izquierda). - A mayor concentración en los reactivos, el equilibrio tiende a desplazarse hacia los productos (elequilibrio se va hacia la derecha). Presión: - Es importante hacer notar, que la presión sólo afecta a aquellos productos o reactivos que se encuentran en fase gaseosa. - A mayor presión, el equilibrio tenderá a irse a donde hay menor número de moles. De acuerdo con la ley general del estado gaseoso PV=RnT que implica que a mayor número de moles, mayor presión. Temperatura: En la temperatura se debe deconsiderar su entalpía (H°) : I. Si H es positiva, la reacción es endotérmica. II. Si H es negativa, la reacción es exotérmica A mayor presión, el equilibrio tenderá a irse a donde hay menor número de moles. De acuerdo con la ley general del estado gaseoso. Si una reacción es endotérmica, al aumentar la temperatura, el equilibrio se desplazará hacia la derecha (mayor formación de productos). Siuna reacción es exotérmica, al aumentar la temperatura, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda (mayor formación de reactivos)

Ejemplo resuelto:
Si la reacción es N2 + 3H2 2NH3 N2= [0.683] H2= [8.8] NH3 = [1.05]

= Las concentraciones en el equilibrio son 0.683M (N2) y 1.05M (NH3). Si se añade a esta reacción NH3, suficiente para que la concentración sea 3.65M:

a) Predice el sentido dela reacción para que alcanzar un nuevo equilibrio b) Calcula la concentración de todas las especies en el nuevo equilibrio c) Calcula el rendimiento en el nuevo equilibrio. (Considera las concentraciones iniciales de nitógeno y de amoniaco).

a)

N2

+ 3H2 [8.8]

2NH3

[0.683] [1.05]

Si se aumenta la concentración de NH3 (producto) entonces la reacción tiende a desplazarse hacia la[3.65] izquierda (formándose reactivo), para compensar el aumento de la concentración de los productos. b) N2 + 3H2 2NH3

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Inicial Reacciona Final/ Equilibrio

[0.683] X (0.683-X)

[8.8] 3X (8.8-3X)

[3.65] 2X (3.65+2X)

Resolviendo la ecuación, obtenemos un solo valor posible al eliminar aquellos valores que se pueden considerar absurdos (se hacen imaginarios o son mayores a la...