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CINÉTICA Y EQUILIBRIO QUÍMICO
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CONTEXTO GLOBAL ¿En cuál contexto global nos centraremos?
¿Por qué elegimos esta? GLOBALIZACIÓN Y SUSTENTABILIDAD
Los alumnos explorarán la interconexión de los sistemas creados por el ser humano y las comunidades; la relación entre los procesos locales y globales; el modo en que las experiencias locales reflejan las globales; las oportunidades y tensiones que ofrece la interconexión mundial; el impacto de la toma de decisiones en los seres humanos y el medio ambiente. Se selecciona este contexto porque le permite al estudiante centrar la discusión en el impacto de la actividad de los seres humanos en el medio ambiente. Acciones: Comprender el impacto de la actividad de los seres humanos en el medio ambiente. Investigar los efectos de nuestras acciones, actitudes y conceptos, como desarrollo sustentable y conservación.
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ENUNCIADOS CONCEPTUALES ¿Cuáles son las ideas importantes? ¿Qué queremos que los
alumnos recuerden para el futuro?
Enunciado conceptual: Las actividades desarrolladas por los seres humanos generan cambios que pueden o no afectar el equilibrio del ambiente, para que los estudiantes logren hacer un discernimiento y transformar algunas de las actividades que ponen en peligro su salud y afectan el ambiente. Concepto clave: CAMBIO Conceptos relacionados: EQUILIBRIO - MOVIMIENTO
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ENUNCIADO DE INDAGACIÓN Y PREGUNTAS DE INDAGACIÓN
Enunciado de la indagación: Las actividades desarrolladas por los seres humanos generan cambios que pueden o no afectar el equilibrio del ambiente, para que los estudiantes logren hacer un discernimiento y transformar algunas de las actividades que ponen en peligro su salud y afectan el ambiente. Preguntas de Indagación: Fácticas: ¿Cómo ocurren las reacciones químicas y es posible afectar su velocidad? Conceptuales: ¿Qué cambios pueden ocurrir en el ambiente y estos cómo pueden impactarlo, así como lo hace la lluvia ácida? Debatibles: ¿Los cambios que estamos generando afectan la sustentabilidad de la vida en el planeta Tierra?
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¿Cómo ocurren las reacciones químicas?
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TEORÍA DE LAS COLISIONES
Para que una reacción entre dos partículas
ocurra, deben suceder tres condiciones:
1. Las partículas deben colisionar.
2. Las partículas deben colisionar con la
apropiada geometría u orientación.
3. Las partículas deben colisionar con la
suficiente energía.
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TEORÍA DE LAS COLISIONES
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TEORÍA DE LAS COLISIONES
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TEORÍA DE LAS COLISIONES
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TEORÍA DE LAS COLISIONES
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TEORÍA DE LAS COLISIONES
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ENERGÍA DE LAS REACCIONES
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ENERGÍA DE LAS REACCIONES
• REACCIONES EXOTÉRMICAS Y ENDOTÉRMICAS
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ENERGÍA DE LAS REACCIONES
• REACCIONES EXOTÉRMICAS Y ENDOTÉRMICAS
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ENERGÍA DE LAS REACCIONES
• REACCIONES EXOTÉRMICAS Y ENDOTÉRMICAS
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Cuando la entalpia es positiva,
se dice que la reacción es
endotermica: los enlaces de los
reactantes son más fuertes que
los enlaces en los productos y el
calor es absorbido de los
alrededores. Es cuando es
requerida más energía para
romper los enlaces de los
reactivos que la necesaria para
formar los enlaces de los
productos, transfiriendo energía
de los alrededores al sistema.
Absorbe energía en forma de
calor, los productos tienen más
energía que los reactantes,
ejemplo la fotosíntesis
ENERGÍA DE LAS REACCIONES
• REACCIONES EXOTÉRMICAS Y ENDOTÉRMICAS
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ENERGÍA DE LAS REACCIONES
• REACCIONES ENDOTÉRMICAS
Procesos físicos:
H2O (s) + E → H2O (l)
KNO3 (s) + H2O (l) + E → KNO3 (ac) + H2O (l)
Reacción química:
NaHCO3 (s) + HAC (s) + E → NaAc (s) + CO2 (g) + H2O (l)
Reacción química:
Ba(OH)2 .8H2O (s) + NH4NO3 (s) + E → Ba(NO3)2 (ac) + NH3 (ac) + H2O (l)
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Cuando la entalpia es negativa,
se dice que la reacción es
exotérmica: los enlaces en los
productos son más fuertes que
los enlaces en los reactivos y el
calor es emitido a los
alrededores. Es cuando es
requerida menos energía para
romper los enlaces de los
reactivos que la necesaria para
formar los enlaces de los
productos, transfiriendo energía
del sistema a los alrededores,
ejemplo, la neutralización, la
combustión
ENERGÍA DE LAS REACCIONES
• REACCIONES EXOTÉRMICAS Y ENDOTÉRMICAS
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ENERGÍA DE LAS REACCIONES
• REACCIONES EXOTÉRMICAS
Proceso físico:
H2O (l) → H2O (s)
Reacción química:
H2O2 (ac) → H2O (l) + O2 (g) + E
Reacción química:
Al (s) + HCl (ac) → AlCl3 (s) + H2 (g) + E
Reacción química:
K (s) + H2O (l) → KOH (ac) + H2 (g) + E
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ENERGÍA DE LAS REACCIONES
• REACCIONES EXOTÉRMICAS Y ENDOTÉRMICAS
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ENERGÍA DE LAS REACCIONES
• REACCIONES EXOTÉRMICAS
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) + 571.6KJ
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) ∆H= - 571.6KJ
Neutralización
HCl(ac) + NaOH(ac) → NaCl(ac) + H2O(l) ∆H=- 56.2KJ
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ENERGÍA DE LAS REACCIONES
• REACCIONES EXOTÉRMICAS
Desplazamiento
2Na(s) + 2H2O(l) → 2NaOH (ac) + H2(g) + 367.5KJ
Combustión
CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) ∆H= - 890.4KJ
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ENERGÍA DE LAS REACCIONES
• REACCIONES ENDOTÉRMICAS
2HgO(s) → 2Hg(l) + O2(g) ∆H= 320KJ
CaCO3(s) + 177.8KJ → CaO(s) + CO2(g)
H2O(s) → H2O(l) ∆H= 6.01KJ
H2O(l) + 40.79KJ → H2O(g)
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La velocidad de una reacción química puede ser
definida como el incremento en la concentración de
uno de los productos por unidad de tiempo o la
disminución en la concentración de uno de los
reactivos por unidad de tiempo.
La unidad de medida es el mol.dm-3s-1
o también Ms-1
CINÉTICA
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FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE LAS REACCIONES
TEMPERATURA:
Cuando la temperatura incrementa más partículas
colisionan con la energía de activación necesaria para que
sea un choque efectivo y además, las partículas pueden
moverse más rápido y va a haber más colisiones por
segundo.
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FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE LAS REACCIONES
NATURALEZA DE LOS REACTIVOS:
La velocidad va a depender, si es un
ácido fuerte o uno débil, o la
naturaleza del metal o la serie de
reactividad.
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FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE LAS REACCIONES
CONCENTRACIÓN:
Si hay mayor concentración de reactivos se incrementa el
número de colisiones que pueden ocurrir por segundo y por
unidad de volumen.
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Un catalizador es una
sustancia ya sea un
compuesto, elemento o
enzima, capaz de acelerar o
retardar (si es un inhibidor)
una reacción química,
permaneciendo constante
durante la reacción al no
consumirse. Estos aumentan
o disminuyen la energía de
activación y alcanzan el
equilibrio con mayor o menor
velocidad. La entalpía es
igual.
USO DE CATALIZADOR
FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE LAS REACCIONES
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FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE LAS REACCIONES
USO DE CATALIZADOR:
La velocidad de la reacción incrementa, porque el
catalizador provee una vía alterna a la reacción, la cual
ocurre a menor energía de activación y más reactivos
pueden obtener esta baja energía de activación.
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ENERGÍA DE LAS REACCIONES • ACCIÓN CATALÍTICA
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FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE LAS REACCIONES
AREA DE SUPERFICIE:
En una sustancia sólida sólo las partículas sobre la
superficie pueden entrar en contacto entre los reactivos. Si
el reactivo está en polvo la superficie de área incrementa y
aumenta el número de colisiones por segundo.
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VELOCIDAD DE LAS REACCIONES
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VELOCIDAD DE LAS REACCIONES Una gráfica de concentración contra tiempo es muy útil para determinar
la velocidad de una reacción, por ejemplo si se tiene la reacción:
CaCO3 (s) + 2HCl (ac) → CaCl2 (ac) + H2O (l) + CO2 (g)
Ejemplo: use el gráfico
para calcular la velocidad
de reacción del HCl a los
650 s.
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VELOCIDAD DE LAS REACCIONES Una gráfica de concentración contra tiempo es muy útil para determinar
la velocidad de una reacción, por ejemplo si se tiene la reacción: 2N2O5 (g) → 4NO2 (g) + O2 (g)
Ejemplo: use el gráfico
para calcular la
velocidad de reacción
del NO2 a los 4 min.
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40
60
70
76
80
84
88 90
92
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
20 40 60 80 100 120 140 160 180
Vo
lum
en
(m
l)
Tiempo (s)
Gráfica #1. Volumen liberado de bióxido de bióxido de carbono durante la reacción entre el NaHCO3 y el HCl
VELOCIDAD DE LAS REACCIONES NaHCO3 (s) + HCl (ac) → NaCl (ac) + H2O (l) + CO2 (g)
Ejemplo: use el
gráfico para calcular
la velocidad de
reacción del CO2 a
los 80 s.
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FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE LAS REACCIONES
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LLUVIA ÁCIDA
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LLUVIA ÁCIDA
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LLUVIA ÁCIDA
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LLUVIA ÁCIDA
• Emisiones de NOX y SO2 en EEUU, 1992
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LLUVIA ÁCIDA • Emisiones de SO2 en EEUU, 2002
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LLUVIA ÁCIDA
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LLUVIA ÁCIDA
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LLUVIA ÁCIDA
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LLUVIA ÁCIDA • Efectos de la lluvia ácida.
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LLUVIA ÁCIDA
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LLUVIA ÁCIDA • Efectos de la lluvia ácida en el CaCO3.
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LLUVIA ÁCIDA • Efectos de la lluvia ácida en el CaCO3.
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VELOCIDAD DE LAS REACCIONES
El cambio en la concentración puede ser medido usando
cualquier propiedad que diferencie entre los reactantes y los
productos. Algunos métodos para determinar la velocidad
pueden ser cambios en:
• La masa.
• El volumen (cuando es un gas).
• Absorción (usando un espectrómetro, si hay cambio de
color).
• pH, si hay un cambio en la acidez.
• Conductividad eléctrica, si hay un cambio en la
concentración de iones.
Laboratorio de diseño
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Laboratorio de diseño • Montajes apropiados para medir la velocidad de reacción.
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• Montajes apropiados para medir la velocidad de reacción.
Laboratorio de diseño
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• Montajes apropiados para medir la velocidad de reacción.
Laboratorio de diseño
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• Montajes apropiados para medir la velocidad de reacción.
Laboratorio de diseño
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• Montajes apropiados para medir la velocidad de reacción.
Laboratorio de diseño
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• Montajes apropiados para medir la velocidad de reacción.
Laboratorio de diseño
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• Montajes apropiados para medir la velocidad de reacción.
Laboratorio de diseño
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EQUILIBRIO QUÍMICO
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EQUILIBRIO QUÍMICO
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EQUILIBRIO QUÍMICO
Este gráfico ilustra el cambio de la
concentración del reactivo A
Este gráfico ilustra el cambio de la
concentración del producto B
A → B Reactivo Producto
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EQUILIBRIO QUÍMICO • REACCIONES IRREVERSIBLES
A + B → C + D
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EQUILIBRIO QUÍMICO • REACCIONES IRREVERSIBLES
A + B → C + D
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EQUILIBRIO QUÍMICO • REACCIONES REVERSIBLES
A + B → C + D ←
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EQUILIBRIO QUÍMICO • REACCIONES REVERSIBLES
A + B → C + D ←
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EQUILIBRIO QUÍMICO • REACCIONES REVERSIBLES
A + B → C + D ←
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EQUILIBRIO QUÍMICO
H2 + I2 → 2HI ←
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EQUILIBRIO QUÍMICO
H2 + I2 → 2HI ←
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EQUILIBRIO QUÍMICO
A + B → C + D ←
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EQUILIBRIO QUÍMICO
A + B → C + D ←
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EQUILIBRIO QUÍMICO
A + B → C + D ←
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EQUILIBRIO QUÍMICO
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EQUILIBRIO QUÍMICO
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EQUILIBRIO QUÍMICO
El equilibrio químico es un proceso
dinámico que puede ocurrir cuando
ocurre un cambio físico. En un recipiente
cerrado se tiene agua la cual ha
alcanzado el equilibrio entre el líquido
que se evapora y el líquido que se
condensa. La velocidad es igual en
ambas direcciones.
• EQUILIBRIO DINÁMICO
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EQUILIBRIO QUÍMICO
La constante de equilibrio (Kc), es la
expresión matemática de la ley de
acción de masas, en la cual se
establece que: para una reacción
reversible en equilibrio y a una
temperatura constante, una relación
determinada de concentraciones de
reactivos y productos tiene un valor
constante K.
• LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO
aA + bB → cC + dD ←
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EQUILIBRIO QUÍMICO
[HI]2
Kc = --------------
[H2] [I2]
H2 (g) + I2 (g) → 2HI (g) ←
• LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO
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EQUILIBRIO QUÍMICO
Balanceo y planteo la constante de equilibrio (Kc) para las
siguientes reacciones. Grafico el comportamiento de la
concentración y la velocidad Vs tiempo. Mostrando el
equilibrio químico.
• EJERCICIOS
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EJEMPLO 1 DEL CÁLCULO DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO (KC) :
Se da el siguiente equilibrio a 200ºC
Necesitamos saber las concentraciones para poder calcular Kc:
Concentraciones: [HI] = 1,42 X 10-2 M
[H2] = 3,27 X 10-3 M
[I2] = 7,55 X 10-3 M
EQUILIBRIO QUÍMICO
H2 (g) + I2 (g) → 2HI (g) ←
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EQUILIBRIO QUÍMICO
Aunque las concentraciones pueden variar, el valor de la constante de
equilibrio (Kc), para una reacción determinada permanece constante,
siempre y cuando la reacción esté en equilibrio y la temperatura no cambie.
La magnitud de la constante de equilibrio indica si una reacción en
equilibrio es favorable a los reactivos o a los productos.
• LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO
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EQUILIBRIO QUÍMICO
Si K es mucho mayor que 1 (K>>>1), el equilibrio se desplazará hacía la
derecha y favorecerá a los productos. Se favorece la reacción directa.
Si K es mucho menor que 1 (K<<<1), el equilibrio se desplazará hacía la
izquierda y favorecerá a los reactivos. Se favorece la reacción inversa.
• LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO
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EQUILIBRIO QUÍMICO
Para cada una de las ecuaciones:
a) Grafico el comportamiento de la concentración y la
velocidad Vs tiempo. Mostrando el equilibrio químico.
b) Planteo la constante de equilibrio (Kc) para las
siguientes reacciones.
c) Prediga si son exotérmicas o endotérmicas y construya
un gráfico que muestre el cambio de energía en la
reacción, mostrando la E. activación y la entalpía.
• EJERCICIOS
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) + 92.2KJ ←
2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g) + 188.3KJ ←
3O2(g) + 288.7KJ → 2O3(g) ←
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EJEMPLO 2 DEL CÁLCULO DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO (KC) :
Se da el siguiente equilibrio a 230ºC
2NO(g) + O2 (g) → 2NO2 (g)
Necesitamos saber las concentraciones para poder calcular Kc:
Concentraciones: [NO] = 5,42 X 10-3M
[O2] = 1,27 X 10-3M
[NO2] = 1,55 X 10-4M
←
EQUILIBRIO QUÍMICO
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EJEMPLO 3 DEL CÁLCULO DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO (KC) :
Una mezcla en equilibrio a 225ºC contiene 7,32 X 10-2 M de NH3 y
3,45 X 10-2 M de H2, para la reacción
EQUILIBRIO QUÍMICO
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) ←
Si la Kc a esta temperatura es 1,7 X 102, ¿Cuál es la
concentración en equilibrio de N2?
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EQUILIBRIO QUÍMICO • FACTORES QUE AFECTAN EL EQUILIBRIO.
El equilibrio químico representa un balance entre las reacciones directa o
inversa. Este balance es muy delicado. Los cambios en las condiciones
experimentales pueden alterar el balance y desplazar la posición de equilibrio
para hacer que se forme mayor o menor cantidad del producto deseado.
1. Efecto o cambio en la temperatura.
2. Efecto o cambio en la concentración.
3. Efecto o cambio en la presión.
4. Efecto o cambio en el volumen.
5. Efecto o utilización de catalizadores.