equilibri quÍmic
DESCRIPTION
2º BachillerTRANSCRIPT
EQUILIBRI QUÍMIC
http://www.iestiemposmodernos.com/700appletsFQ/2btq/708.htm
REACCIONS REVERSIBLES• Moltes reaccions finalitzen quan s’esgota qualsevol dels reactius. Són reaccions irreversibles i completes. Com la reacció té lloc en una única direcció la representen amb una fletxa
2 C2H2 (g) + 5 O2 (g) → 4 CO2 (g) + 2 H2O (l)
• En altres, en canvi. els reactius originen el productes i aquests, una vegada formats poden regenerar els reactius de partida. En aquests casos la reacció és reversible i incompleta. S’arriba a una estat d’equilibri en el que no s’observen canvis i la reacció aparentment s’atura.Com la reacció ocorre simultàniament en les dos direccions es representa amb una doble fletxa.
2 N2O5 (g) ⇆ 4 NO2 (g) + O2 (g)
HI HA EQUILIBRI QUÍMIC
3 Fe (s) + 4 H2O (g) Fe3O4 (s) + 4 H2 (g) En un sistema tancat i aïllat
REACCIONS REVERSIBLES: REACCIONS INCOMPLETES (GRAU D’AVANÇ < 100%)
3 Fe (s) + 4 H2O (g) Fe3O4 (s) + 4 H2 (g) En un sistema obert
REACCIONS IRREVERSIBLES: REACCIONS COMPLETES (GRAU D’AVANÇ = 100%)
inicial final
NO HI HA EQUILIBRI QUÍMIC
inicial final
CONDICIONS PER A L’EQUILIBRI QUÍMIC
CARACTERÍSTIQUES DE L’EQUILIBRI QUÍMIC
• A escala macroscòpica: Composició constant: Les
concentracions (pressions) de tots els reactius i productes romanen constants amb el temps. No s’observen canvis visibles en el sistema.
• A escala microscòpica: Les reaccions globals directa i
inversa es produeixen constantment i en igual mesura (equilibri dinàmic)
VDIRECTA = VINVERSA
HTTP://www.chm.davidson.edu/vce/equilibria/BasicConcepts.html
L’EQUILIBRI ÉS DINÀMIC
EQUILIBRI NATURAL PRESA DEPREDADOR
EQUILIBRI DE SOLUBILITAT
SUCRE (S) SUCRE (AQ)
EQUILIBRI QUÍMIC REACTIUS PRODUCTES
inicial final
EQUILIBRI DINÀMICA + B AB
Reacció inversaReacció directa
InicialsEs formen Desapareixen Finals
Àtoms de A 6 1 1 6
Àtoms de B 5 1 1 5
Molècules AB 5 1 1 5
L’EQUILIBRI ÉS DINÀMIC JA QUE ENCARA QUE LES QUANTITATS DE “A”, “B” I “AB” ES MANTENEN CONSTANTS, [A]= cte, [B]= cte, [AB]=cte CONTINUA HI HAVENT REACCIÓ, PERÒ COM LES VELOCITATS DE REACCIÓ DIRECTA I INVERSA SÓN IGUALS (VDIRECTA = VINVERSA), LA QUANTITAT DE MOLÈCULES “AB” QUE ES FORMEN PER LA
REACCIÓ DIRECTA ÉS LA MATEIXA QUE LA QUANTITAT DE MOLÈCULES QUE ES DESCOMPONEN PER LA REACCIÓ INVERSA.
HTTP://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/animations/no2n2o4equilV8.html
eq
uilib
rio q
uím
ico
eq
uilib
rio q
uím
ico
eq
uilib
rio q
uím
ico
COMPOSICIÓ CONSTANT
exper. [CO] [H2] [CH3OH]
12
0,10000
0,10000
00,1000
punts inicials punts d’equilibri
[CO]eq [H2]eq [CH3OH]eq
0,09110,0753
0,08220,151
0,008920,0247
3 0,1000 0,1000 0,1000 0,138 0,176 0,0620
tiempo tiempo tiempo
conc.
mola
r
conc.
mola
r
conc.
mola
r
exp. 1 exp. 2 exp. 3
Què tenen en comú els punts d’equilibri de
les tres experiències?
CO (g)CO (g) + 2 H2 H22 (g) (g) ⇆ CHCH33OH (g)OH (g)
COMPOSICIÓ CONSTANTDe l’anàlisi de les dades s’observa que:• L’equilibri està caracteritzat per unes concentracions
de reactius i productes que romanen constants amb el temps.
• Les concentracions d’equilibri no són úniques. Cada punt inicial condueix a un punt d’equilibri diferent.
• Es pot arribar a un punt d’equilibri partint inicialment de reactius o també partint de productes.
• Si relacionen amb la següent equació les concentracions de l’equilibri s’obté sempre el mateix valor: 14’5• Aquest valor és independent de les concentracions
inicials
eq2
eq2
eq3
CO·H
OHCH
HTTP://chem.salve.edu/chemistry/equilbrm.asp
DEDUCCIÓ DE Kc
Siga l’equació:
A + 2 B ⇆ AB2
vd= kd [A][B]2
vi = ki [AB2]
A l’equilibri es compleix que Vd = Vi
kd[A][B]2 = kr[AB2]
2dc 2
r
ABkK = =
k A B
LLEI DE L’EQUILIBRI QUÍMIC
Per a una reaccióa A + b B c C + d D
es defineix una constant Kc que és una mesura quantitativa de l’equilibri i que pren el valor:
On es representa la concentració com [ ] = mol/litre
“En tota reacció química reversible, el producte de les
concentracions a l’equilibri dels productes, dividit per el producte
de les concentracions a l’equilbri dels reactius és una quantitat
constant anomenada constant d’equillibri.”
La constant Kc canvia amb la temperatura.
beqa
eq
d
eq
c
eq
C BA
D·CK
QUOCIENT DE REACCIÓ (Q)• Per a una reacció qualsevol:
a A + b B c C + d Ds’anomena quocient de reacció
a la relació: • El quocient de reacció té la mateixa expressió que la constant d’equilibri
però la diferència és que les concentracions no tenen perquè ser les de l’equilibri.
• El quocient de reacció ens permet predir el sentit d’avanç d’una reacció química:
Q < K augmenten les concentracions dels productes i disminueixen les dels
reactius fins que Q s’iguala amb KQ > K
augmenten les concentracions dels reactius i i disminueixen les dels productes fins que Q s’iguala amb K
Q = K Equilibri• En les experiències de la fitxa 7 (on K = 14’5):
1) Q=0, Q<K, l’equilibri evoluciona R → P2) Q=∞, Q>K. l’equilibri evoluciona R ← P
[ ] [ ]
[ ] [ ]
c d
a b
C DQ
A B
MAGNITUD DE Kc• El valor de la constant d’equilibri indica quan ha progressat una
reacció des de els reactius als productesK >>>> 1 S’afavoreix la reacció directa, a l’equilibri
els productes són molt més abundants que els reactius.
K <<<< 1 S’afavoreix la reacció inversa, a l’equilibri els reactivus són molt més abundants que els productes.
K ≈ 1 Es tracta d’un verdader equilibri, hi ha proporcions significatives de reactius i productes.
temps
KC > 105
concentració
KC < 10-2
concentració
temps temps
KC ≈ 100
concentració
inicialquantitat
reaccionaquequantitat
• Un altre concepte relacionat amb la progressió d’una reacció és el grau de dissociació α. Quan major és el seu valor més s’afavoreix la reacció directa i la formació de productes.
KC DEPEN DE L’EQUACIÓ QUIMICA
• Si una equació química la multipliquen per un factor “n” la constant s’eleva a la n-èsima potència: K’ = Kn
• Les constants de les reaccions directa i inversa estan en relació inversa una d’altre: K’ = 1/K.
• Si sumen dos equacions químiques (A i B) per obtindre un altre equació química C, es compleix que: Kc = KA·KB
CONSTANT DE EQUILIBRI KP
En reaccions en les que intervenen gasos és més fàcil mesurar pressions parcials que concentracions:
a A + b B c C + d D
c dC D
P a dA D
p pK
p p
T
B
T
B
B
T
A
T
A
A
B
B
A
A
T
T
BAT
P
P
n
n
P
P
n
n
T·R·V
nPT·R·
V
nPT·R·
V
nP
PPPBiAgasosdosdemesclaunaSiga
RELACIÓ ENTRE KC I KP
De l’equació general dels gasos ideals s’obté:
I substituint en l’expressió de KP
On n = variació nº mols gasosos (nproductes – nreactius)
( ) nP CK K RT
·R·TP per tant;V
n com i ,
T·R
P
V
n n·R·T P·V
badc
CP
ba
dc
ba
dc
bbaa
ddcc
b
B
a
A
d
D
c
C
P
RT·KK
RT·RT
RT·RT
B·A
D·C
RT·B·RT·A
RT·D·RT·C
P·P
P·PK
RELACIÓ ENTRE K i α• Siga la reacció A B + C.• Si anomenem “c” = [A]inicial y suposem que inicialment
nomès hi ha substància “A”, tindrem que:
Concentracions A B + CInicial (mol/L) c 0 0Reacciona c· c · c · Equilibri c(1– ) c · c ·
B · C c · · c · c ·2
Kc = ———— = ————— = ——— A c · (1– ) (1– )
• Quan A està poc dissociada (Kc molt menuda): << 1
Kc c ·2
EQUILIBRIS HETEROGENIS• Si entre les substàncies que intervenen en una reacció
es distingeixen varies fases o estats físics, l’equilibri és heterogeni.
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) • Les quantitats dels sòlids i líquids purs poden canviar
però les seues concentracions són constants i s’agrupen en la constant, de forma que la seua expressió quedaria:
KC = [CO2] o KP = Pco2
• Les dissolucions no es consideren líquids purs i per tant si que varien la concentració:
BaCO3 (s) ↔ Ba2+(aq) + CO32- (aq)
KC = [Ba2+] · [CO32-]
PERTORBACIÓ I EVOLUCIÓ DELS EQUILIBRIS QUÍMICS
• Si un sistema es troba en equilibri (Q = K) y es produeix una pertorbació o canvi (concentració, pressió o volum, temperatura), el sistema deixa d’estar en equilibri (Q # K) i evoluciona a un nou equilibri.
• Segons el Principi de Le Chatelier: “Un canvi en qualsevol de les variables que determinen l’estat d’equilibri químic produeix un desplaçament del equilibri en el sentit de contrarestar o minimitzar l’efecte causat per la pertorbació”.
VARIACIÓ EN LA CONCENTRACIÓ (a T=cte)
• Per a un equilibri Reactius ⇆ Productes
Si [R] ↑ o [P] ↓; Q < K i l’equilibri evoluciona R → P.Si [R] ↓ o [P] ↑ Q > K i l’equilibri evoluciona R ← P.
• Segons P. Le Chatelier: si s’elimina un reactiu o un producte, per tal de contrarestar l’efecte produït, l’equilibri evolucionarà en el sentit de la reacció que genera part de la substància eliminada, i si afegim un reactiu o un producte l’equilibri evolucionarà en el sentit de la reacció que consumeix part de la substància afegida.
• Si varia la quantitat de un sòlid o líquid pur, com que la seua concentració és constant, l’equilibri no es modifica.
]R[
]P[Q
CaO-CaCO3.exe
VARIACIÓ DE LA CONCENTRACIÓ
H2(g) + I2(g) ⇆ 2 HI(g)
Si augmenta la concentració de I2, s’observa que Q<K i l’equilibri evoluciona R→P, o siga en el sentit que consumeix part del I2 afegit
Si augmenta la concentració de HI, s’observa que Q>K i l’equilibri evoluciona R←P, o siga en el sentit que consumeix part del HI afegit
VARIACIÓ EN LA PRESSIÓ O EL VOLUM (a T=cte) (reaccions en fase gas)
• Siga l’equilibri aA(g) + bB(g) ⇆ cC(g) + dD(g) on expressen les pressions parcials en funció de la pressió total quedaria.
• Si augmenta la Pressió (o disminueix el volum) - Si ∆n >0 (mols gasosos productes > mols gasosos reactius), com Q>K, l’equilibri evolucionarà R←P
- Si ∆n <0 (mols gasosos reactius > mols gasosos productes), com Q<K, l’equilibri evolucionarà R→P
- Si ∆n=0 (mols gasosos reactius = mols gasos productes), l’equilibri no es modifica.
• Si disminueix la Pressió (o augmenta el volum), òbviament evolucionarà al contrari.
• Segons el P. De Le Chatelier: Si augmenta la pressió per tal de contrarestar la pertorbació produïda l’equilibri evolucionarà cap on hi haja un menor nº de mols gasosos. Si disminueix la pressió evolucionarà cap on hi ha més nº de mols gasosos.
n
b
B
b
B
a
A
a
A
d
D
d
D
c
C
c
C
b
B
a
A
d
D
c
C
pP·cte
)P·)·(P·(
)P·)·(P·(
P·P
P·PK
2 N O 2 - N 2 O 4 . e x e H2I2_equilibrium.exe
VARIACIÓ EN LA PRESSIÓ O VOLUM
N2O4 (g) ⇆ 2 NO2(g)
Si augmenta la pressió (disminueix el volum) l’equilibri evoluciona cap on es formen un menor nº de mols gasosos R ← P
VARIACIÓ EN LA TEMPERATURA (a P=cte)
• Segons l’equació de Van’t Hooff:
Reacció exotèrmica (∆H<0) si T augmenta KP disminueix, per tant R← P
si T disminueix KP augmenta R→ P
Reacció endotèrmica ((∆H>0) si T augmenta KP augmenta R→ P
si T disminueix KP disminueix R← P
Segons el P. De Le Chatelier: Si augmenta la temperatura, per tal de contrarestar l’efecte produit, l’equilibri evoluciona en el sentit de la reacció endotèrmica (cap on absorbeix calor). Si disminueix la temperatura evoluciona en el sentit de la reacció exotèrmica (cap on allibera calor).
2
0
P
T·R
H
T
KLn
0T
KLnP
0T
KLnP
Augmenta T
N2O4 ⇆ 2 NO2 ∆H<0
HTTP://www.mhhe.com/physsci/chemistry/essentialchemistry/flash/lechv17.swf
VARIACIÓ EN LA TEMPERATURA
ELS CATALITZADORS NO MODIFIQUEN L’EQUILIBRI
Si se agrega un catalizador a un sistema en equilibrio este puede modificar la velocidad directa e inversa, pero no modifica la posición del equilibrio ni tampoco la constante de equilibrio.