Equilibrio quimico

EQUILIBRIO QUIMICO
QF: Edwin Pomatanta Plasencia
Docente Uladech Católica
edwinpomatanta@hotmail.com
Celular:999013595

• Todos los procesos evolucionan desde los reactivos
hasta la formación de los productos a una velocidad
que cada vez es menor, pues a medida que
transcurren, hay menos cantidad de reactivo

• Según van apareciendo moléculas de los productos
, estas pueden reaccionar entre si y dar lugar
nuevamente a reactivos, y lo hacen a velocidad
mayor , porque cada vez hay mas.

• El proceso continua hasta que la velocidad de
formación de los productos es igual a la velocidad
de descomposición de estos para formar
nuevamente los reactivos.
• Se llega a la formación de un estado dinámico en el
que las concentraciones de TODAS las especies
reaccionantes (REACTIVOS Y PRODUCTOS)
permanecen constantes
• Este estado se conoce como EQUILIBRIO QUIMICO

Equilibrio Químico
• Es un estado de un sistema reaccionante en el que
no se observan cambios a medida que transcurre el
tiempo, a pesar de que siguen reaccionando entre
si las sustancias presentes.
•

• En la mayoría de las reacciones químicas , los
reactivos no se consumen totalmente para obtener
los productos deseados, sino que por el contrario,
llega un momento en el que parece que la reacción
ha concluido.
• La concentración de todos permanece constante.
• Significa estos que la reacción se ha detenido?
• No; una reacción en equilibrio es un proceso
dinámico en el que continuamente los reactivos se
están convirtiendo en productos y los productos
continuamente se convierten en reactivos, cuando
lo hacen a la misma velocidad nos da la sensación
de que la reacción se ha paralizado

Predominan los
reactivos
Predominan los
productos

• El equilibrio químico se establece cuando existen
dos reacciones opuestas que tiene lugar
simultáneamente a la misma velocidad

• En términos de velocidad se puede expresar :
• Cuando ambas velocidades se igualan, se
considera que el sistema esta en equilibrio.

• Se deduce que el sistema evolucionara
cinéticamente , en uno u otro sentido, con el fin de
adaptarse a las condiciones energéticas mas
favorables.
• Cuando estas se consigan , diremos que se ha
alcanzado el equilibrio, esto es dG=0.

• En un sistema en equilibrio se dice que se
encuentra desplazado hacia la derecha si hay mas
cantidad de productos (C y D) presentes en el
mismo que de reactivos (Ay B), y se desplazara
hacia la izquierda , cuando ocurra lo contrario
Equilibrio desplazado a
la derecha
Equilibrio desplazado a
la izquierda

• Consideremos la siguiente reacción para la
obtención de trióxido de azufre a partir de oxigeno y
azufre a 1000 °C
• 2SO2(g) +O2(g) <-> 2SO3(g)

Representación del equilibrio para la
formación del SO3

Representación del equilibrio para la
descomposición del SO3

• Si no se cambian las condiciones de reacción ,
estas concentraciones permanecerán inalteradas,
pues se ha conseguido alcanzar el estado de
equilibrio, esto no quiere decir que la reacción se
ha parado, ya que el estado de equilibrio es un
estado dinámico permanente. (continuamente los
reactivos se están convirtiendo en productos y los
productos continuamente se convierten en
reactivos)

Constante de equilibrio
• En la grafica se comprueba que las
concentraciones de las sustancias que intervienen
en el proceso cuando este llega al equilibrio, son las
mismas, independientemente de la concentración
inicial.

• Esto nos llevo a pensar que debería de existir una
relación entre las sustancias que permanezca
constante siempre y cuando la temperatura no
varié.
• Experimentalmente se determino la ley que
relacionaba las concentraciones de los reactivos y
productos en el equilibrio con una magnitud:
CONSTANTE DE EQUILIBRIO

• Es importante diferenciar entre el equilibrio en
términos de velocidad, en el que ambas velocidades
son iguales, del equilibrio en términos de
concentraciones, donde estas pueden ser, y
normalmente son, distintas.
• Las especies que intervienen en el calculo de Kc
son aquellas que pueden variar su concentración .
Por tanto son sustancias gaseosas o que están en
disolución , tanto para equilibrios homogéneos y
heterogéneos
• Las demás están incluidas en la constante.

• K es siempre constante independientemente de las
concentraciones de las sustancias reaccionantes
en el equilibrio.
• K siempre es igual a Kd/ki el cociente de dos
cantidades que en si mismas son constantes a una
temperatura dada
• Como las constantes de velocidad dependen de la
temperatura se deduce que la constante de
equilibrio debe variar también con la temperatura.

• Reacciones elementales son aquellas que se
producen en una sola etapa y en ellas si coincide el
coeficiente estequiometrico de cada reactivo con
su orden de reacción.
• Los valores que se emplean para Kc están
numéricamente relacionados con las
concentraciones molares, Kc, se consideran
adimensional, no tiene unidades.

LEY DE ACCION DE MASAS
• “En un proceso elemental , el producto de las
concentraciones en el equilibrio de los productos
elevadas a sus respectivos coeficientes
estequiometricos, dividido por el producto de las
concentraciones de los reactivos en el equilibrio
elevadas a sus respectivos coeficientes
estequiometricos, es una constante para cada
temperatura, llamada CONSTANTE DE EQUILIBRIO

• Reacción elemental:
• 2NO + O2  2NO2
• Ley de acción de masas:

• Kc nos indica sobre la proporción entre reactivos y
productos en el equilibrio químico, así:
• -Cuando Kc >1 , en el equilibrio resultante la
mayoría de reactivos se han convertido en
productos
• -Cuando Kc -> infinito, en el equilibrio
prácticamente solo existen los productos.
• -Cuando Kc < 1, indica que , cuando se establece el
equilibrio, la mayoría de los reactivos quedan sin
reaccionar, formándose solo pequeñas cantidades
de productos.

• Cualquier numero superior
a 10 se considera que es
mucho mayor que 1, y un
numero menor que 0.1
significa que es mucho
menor que 1.
• Las sustancias escritas al
lado izquierdo e las flechas
de equilibrio se consideran
“reactivos” y las que están
al lado derecho como
“productos”

Predicción del sentido de una
reacción
Cociente de reacción

• La expresión de la Ley de Acción de Masas para una
reacción general que no haya conseguido alcanzar
el equilibrio :
• A+B <-> C+D

• Para las reacciones que no han logrado el
equilibrio al sustituir las concentraciones
iniciales en la expresión de la constante de
equilibrio se obtiene el Cociente de reacción(Q)
en lugar de la constante de equilibrio
• Donde:
• Q = Cociente de reacción
• Las concentraciones expresadas en Q no son
las concentraciones en el equilibrio.
• Q tiene la misma forma que la de Kc cuando el
sistema alcanza el equilibrio.

• Se compara Q con Kc para una reacción en las
condiciones de presión y temperatura a que tengan
lugar, para prever si la reacción se desplazara hacia
la derecha (aumentando la concentración de
reactivos )o hacia la izquierda
• Si
• Q < Kc predomina la reacción hacia la derecha,
hasta llegar al equilibrio.
• Q = Kc el sistema esta en equilibrio.
• Q > Kc predomina la reacción hacia la izquierda,
(de derecha a izquierda) hasta llegar al equilibrio

• Conocido el valor de Kc, podemos conocer el
estado de reacción calculando, si es posible, el
valor de Q.
• De esta forma se puede determinar si el proceso ha
alcanzado o no el equilibrio.

Aplicaciones de la constante de
equilibrio

• Hemos visto la forma de calcular el valor de Kc a
partir de unos datos de concentraciones en
equilibrio de las especies que intervienen en la
reacción.
• Una vez conocida el valor de la constante de
equilibrio, podemos invertir el proceso para
calcular las concentraciones en equilibrio a partir
del valor de la constante de equilibrio.
• Muchas veces son conocidas las concentraciones
iniciales , y lo que deseamos saber es la cantidad
de cada reactivo y de cada producto cuando se
alcance el equilibrio

• Un químico industrial que desea obtener el máximo
rendimiento de acido sulfúrico debe obtener un
conocimiento claro de las constantes de equilibrio
de todas las etapas del proceso, desde la oxidación
del azufre hasta la formación del producto final.
• Un medico especialista en casos clínicos de
alteraciones en el equilibrio acido base necesita
conocer las constantes de equilibrio de ácidos y
bases débiles .
• El conocimiento de las constantes de equilibrio de
ciertas reacciones en fase gaseosa ayudara a los
químicos especialistas en la atmosfera a entender
mejor el problema de destrucción del ozono en la
estratosfera.

• Se aplica a las reacciones en las que todas las
especies reactivas se encuentran en la misma fase.
• Ejemplo : la disociación de N2O4 es un ejemplo de
equilibrio homogéneo en fase gaseosa.

• Las concentraciones de reactivos y productos en
las reacciones de gases también se pueden
expresar en términos de presiones parciales:
• Se puede expresar como

• Supongamos el siguiente equilibrio en fase
gaseosa:
aA(g) <-> bB (g)
• Donde a y b son los coeficientes estequiometricos.
La constante Kc esta dad por :
• Y la expresión de Kp es:

• Δn= b-a
• = moles de productos gaseosos-moles de
reactivos gaseosos
• En general Kp ≠ Kc excepto en el caso en el que
• Δn= 0 , como en la mezcla en equilibrio de hidrogeno
molecular, bromo molecular y bromuro de
hidrogeno
• H2 (g) + Br2 (g) <-> 2 Hbr (g)

• Una reacción reversible en la que intervienen
reactivos y productos en distintas fases conduce a
un equilibrio heterogéneo.
• Por ejemplo, cuando el carbonato de calcio se
calienta en un recipiente cerrado, se estable ce el
siguiente equilibrio:
• CaCO3(s) <-> CaO(s) + CO2(g)
• La actividad de un solido puro es 1, en el caso
anterior los términos de concentración tanto para
CaCO3 como para CaO son la unidad

• La actividad de un solido puro es 1, en el caso
anterior los términos de concentración tanto para
CaCO3 como para CaO son la unidad
• La ecuación anterior
• CaCO3(s) <-> CaO(s) + CO2(g)
• se puede escribir Kc=[CO2]
• La actividad de un liquido puro también es igual a 1
• Por lo tanto si un reactivo o producto es liquido ,
puede omitirse en la expresión de la constante de
equilibrio.
• La constante de equilibrio también se expresa
como: Kp = P Co2

Características del equilibrio

• 1.-Sus propiedades macroscópicas (concentración
de reactivos y productos, presión de vapor , etc) no
varían con el tiempo
• 2.-El estado de equilibrio no intercambia materia
con su entorno
• 3.-Es un estado dinámico en el que se producen
continuas transformaciones, en ambos sentidos, a
la misma velocidad, y por eso no varían sus
propiedades macroscópicas.

• 4.-La temperatura es la variable fundamental que
controla el equilibrio. Ejm a 450 C la constante de
equilibrio para la formación de HI es 57 , sea cual
fuere la concentración de las especies
reaccionantes, y a 425 la constante vale 54.5.
• 5.-La Kc corresponde al equilibrio expresado de
una forma determinada, de manera que si se varia
el sentido del mismo, o su ajuste estequiometrico,
cambia también el valor de la nueva constante,
aunque su valor este relacionado con la anterior.

La constante de equilibrio en función
de la presión

• Para representar el cambio necesario para
establecer el equilibrio en términos de presiones ,
en aquellas reacciones cuyos componentes son
gaseosos, en función de la presión parcial de las
sustancias gaseosas que interviene en el equilibrio
• A esta nueva constante la llamaremos Kp.

• Para la reacción :
• aA+bB <-> cC+dD
• Las especies intervinientes son gases, entonces:
• Si se trata de equilibrios en los que además hay
especies en otro estados físicos (sistemas
heterogéneos) , en la Kp solo intervienen las
especies en estado gaseoso.
• Aunque Kc depende de la temperatura, no existe
relación de proporcionalidad directa entre la
temperatura y Kc

Relación entre las formas de
expresar la constante de
equilibrio

• Sea la ecuación general : aA+bB <-> cC+dD, donde
todas las especies son gaseosas.
• Para este equilibrio Kc será igual

Siendo:Δ n = (c+d)-(a+b) y sustituimos Kp por su valor , nos
queda
• Ecuación que relaciona la Kc y la Kp y donde
observamos que ambas dependen de la
temperatura.
• Kp esta en función de la temperatura porque
depende de la presión parcial, y esta se relaciona
directamente con la temperatura.

Calculo de las concentraciones
de equilibrio

• Si se conoce la constante de equilibrio para una
reacción dada, es posible calcular las
concentraciones de la mezcla en equilibrio a partir
de las concentraciones iniciales.
• De hecho es frecuente que solo se proporcionen las
concentraciones iniciales de los reactivos
• Considerar el siguiente sistema en el que participan
dos compuestos orgánicos, cis-estilbeno y trans-
estilbeno, en un disolvente hidrocarbonado no
polar.

• Cis-estilbeno <-> trans-estilbeno
• La constante de equilibrio para este sistema es 24 a
200 C .
• Supongamos que en el inicio solo esta presente cis-
estilbeno en una concentración de 0.850 mol/L
• Como calcularíamos las concentraciones de cis- y
trans-estilbeno en el equilibrio

• Por estequiometria se ve que por cada mol de cis-
estilbeno transformado , se genera un mol de trans-
estilbeno
• Si x es la concentración de equilibrio de este ultimo
compuesto en mol/L, por lo tanto la concentración
de cis-estilbeno debe ser (0.850-x) mol/L

Método ICE (Inicial-cambio-equilibrio)
Cis-estilbeno <-> Trans-
estilbeno
Inicial(M) 0.085 0
Cambio(M) -x +x
Equilibrio (0.850-x) X

• Un cambio positivo(+) representa un incremento de
la concentración en el equilibrio y un cambio
negativo(-) una disminución de esa concentración.
• Escribimos a continuación la expresión de la
constante de equilibrio:
• Kc= [trans-estilbeno] / [cis-estilbeno]
• 24.0 = X / (0.850-X)
• X= 0.816 M

• Una vez resuelta X, se calculan las
concentraciones de equilibrio del cis-estilbeno
y trans-estilbeno, como sigue:
• [cis-estilbeno] (0.850-0816) M = 0.034 M
• [trans-estilbeno] = 0.816 M
• Para verificar los resultados , se sustituyen
estas concentraciones de equilibrio para
calcular Kc

Metodo ICE
• El metodo para resolver problemas de constante de
equilibrio se puede resumir:
• 1.-Exprese las concentraciones de equilibrio de todas
las especies en terminos de las concentraciones
iniciales y una sola variable X que representa el cambio
de concentracion
• 2.-Escriba la expresion de la constante de equilibrio en
terminos de las concentraciones de equilibrio. Si se
conoce el valor de la constante de equilibrio, despeje y
obtenga el valor de X
• 3.-Una vez conocida X , calcule las concentraciones de
equilibrio de todas las especies.

Relacion entre las constantes de
equilibrio y el grado de disociacion

• Una dxe las grandes aplicaciones de la ley de
equilibrio es el calculo de rendimiento de una
reaccion quimica, es decir el grado de
desplazamiento del equilibrio hacia los
productos , conocida como la Kc
• Si kc tiene un valor alto, el equilibrio se
desplazara hacia los productos
• Si Kc tiene un valor bajo , el equilibrio se
desplazara hacia los reactivos.

• El Grado de Disociacion en tanto por uno de
un proceso quimico es el cociente entre el
numero de moles disociados dividido entre el
numero total de moles iniciales.
• Multiplicando el cociente anterior por cien,
obtenemos el grado de disociacion α,
expresado en porcentaje, lo cual daria una
idea de la evolucion del equilibrio.

Factores que modifican el equilibrio
quimico
Ley de lechatelier

• Factores que modifican el estado de equilibrio
en un proceso químico: temperatura, presión, el
volumen y las concentraciones
• Si en una reacción química en equilibrio se
modifica la presión, la temperatura o la
concentración de uno o varios de los reactivos
o productos, la reacción evolucionara en uno u
otro sentido hasta alcanzar un nuevo estado de
equilibrio.
• Esto se usa habitualmente para aumentar el
rendimiento de un proceso químico deseado o,
por el contario disminuirlo si es una reacción
indeseable(que interfiere o lentifica la reacción
que nos interesa)

• La influencia de los tres factores señalados se
puede predecir de manera cualitativa por el
Principio de Lechatelier:
• “Si en un sistema en equilibrio se modifica alguno
de los factores que influyen en el mismo
(temperatura, presión o concentración), el sistema
evolucionara de forma que se desplaza en el
sentido que tiende a contrarrestar dicha variación”

A.-Efecto de la temperatura
• Única variable que , además de influir en el equilibrio
modifica el valor de su constante.
• Si una vez que se alcanza el equilibrio aumenta la
temperatura, el sistema siguiendo el Principio de
Lechatelier, se opone a ese aumento de energía
calorífica desplazándose en el sentido que absorba
calor, es decir, hacia el sentido de la reacción
endotérmica
• La variación de la presión , volumen y/o concentración
de las distintas sustancias no modifica los valores de Kp
y Kc, pero si puede modificar el valor de cada
concentración para que aquellas permanezcan
constantes

B.-Efecto de la presión y del
volumen
• La variación de presión influye solamente cuando en el
mismo intervienen especies en estado gaseoso o
disueltas y hay variación en el numero de moles, pues
si n=0, no influye la variación de presión o de volumen.
• Si ↑ Presión, el sistema se desplazara hacia donde
exista menor numero de moles gaseosos (según la
estequiometria de la reacción), para así contrarrestar
el efecto de la disminución de Volumen y viceversa.
• Si se trata de un sistema heterogéneo, el efecto de
estas magnitudes sobre el desplazamiento del
equilibrio solo depende del # moles gaseosos o
disueltos que se produzca.

C.-Efecto de las concentraciones
• La variación de las concentraciones de cualquiera
de las especies que interviene en el equilibrio no
afecta en absoluto el valor de la constante de
equilibrio ; no obstante el valor de las
concentraciones de las restantes especies en el
equilibrio si se.
• En el ejemplo:

• Una disminución de NH3 , retirándolo a medida que
se va obteniendo, hará que el equilibrio se desplace
hacia la derecha y se produzca mas NH3, con el fin
de que Kc siga permaneciendo constante.

GRACIAS
QF EDWIN POMATANTA PLASENCIA

Equilibrio quimico

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