Equilibrio químico

1 litro= 103 cm3

1 m3 = 103 litros = 106 cm3

TK = t ºC + 273

1 Tn = 103 Kg

1 atm = 760mm de Hg = 760 Torr

R = 0,082 atm.l/K.mol

R= 8,31 Jul/K.mol = 2 cal/K.mol (En termoquímica Qp = Qv. n.R.T)

R suele ser dato del problema

Molaridad= nº moles soluto/litros disolución.

g/litro = gramos soluto/litros disolución;

% en masa (peso)= g soluto/100 g disolución.

% en volumen (mezclas de gases)= (cm3 soluto/cm3 mezcla).100

(Ejemplo: aire 21 % en volumen de oxígeno → hay 21 cm3 de

oxigeno por cada 100 cm3 de aire)

¡OJO! No aplicar la ecuación de los gases a disoluciones

líquidas

Recuerda que la densidad de la disolución no es una concentración.

Indica la masa disolución/volumen disolución

Preparar disoluciones

• a partir de sólidos (ej NaOH)

• a partir de disoluciones de ácidos

comerciales (concentrados):

Preparar

a) 250 ml de disolución 1 M de

NaOH al 97 %

b) 100 cm3 de HCl 0,3 M a partir del

ácido comercial (35% en masa y

d= 1,18 g/cm3)

Tomamos con una pipeta el volumen de ácido necesario

Lo introducimos en un matraz que contiene un poco de agua destilada.

A continuación completamos el volumen del matraz aforado con agua destilada hasta

el enrase,

y ya tenemos preparado un volumen de ácido de la concentración deseada.

[ ] [ ]

[ ] [ ]

c d

c a b

C DK

A B

c d

C D

P a d

A D

p pK

p p

2 A

B 2C

Inicio n0 0 0

Finalequilibrio

n0(1-α) ½ n0α n0α

La constante Kc cambia con la temperaturaConcentraciones Mol/litroEl valor de KC, dada su expresión, depende de cómo se ajuste la reacción¡ATENCIÓN!: Sólo se incluyen las especies gaseosas y/o en disolución

Grado de disociación ( ).

Es la fracción de un mol que se disocia (tanto por 1).En consecuencia, el % de sustancia disociada es igual a 100 · . Se utiliza en aquellas reacciones en las que existe un único reactivo que se disocia en dos o más.

Kp = Kc. (R.T)Δn

Sumando los moles totales en el equilibrio y aplicando la ecuación de los gases puedo sacar x

2 A

B 2C

Inicio n0 0 0

Finalequilibrio

n0-x ½ x x

PRINCIPIO DE LE CHATELIER

• Me dan las cantidades del equilibrio y me piden Kc o Kp sustituyo directamente en la expresión de la constante

• Me dan las cantidades iniciáles y la constante y me piden las cantidades en el equilibrio planteamiento anterior, sustituyo en la ecuación de la constante y resuelvo la ecuación para obtener x o α y luego sustituyo las cantidades en el equilibrio.

• Me dan las cantidades iniciáles y la P, V y T en el equilibrio y me piden las constantes y las cantidades en el equilibrio planteamiento anterior, sumo los moles totales en el equilibrio (estarán en función de x) y por otro lado aplico la ecuación de los gases perfectos P.V=n.R.T igualo la n obtenida a los moles totales en el equilibrio para obtener x y de ahí ya puedo calcular las K y las concentraciones en el equilibrio

2 A

B 2C

Inicio n0 0 0

Finalequilibrio

n0-x ½ x x

[ ] [ ]

[ ] [ ]

c d

c a b

C DK

A B

c d

C D

P a d

A D

p pK

p p

Kp = Kc. (R.T)Δn

• Junio 2009

N2O4(g)incoloro 2NO2(g) pardo rojizo

• en el que el proceso directo es endotérmico [Hº = +57,7 kJ], la influencia de la temperatura se puede seguir fácilmente ya que el N2O4(g) es incoloro mientras que el NO2(g) es pardo rojizo. ¿hielo? ¿agua caliente?

• Para obtener los óxidos de nitrógeno se ataca cobre con disolución concentrada de ácido nítrico, se obtiene una mezcla de óxidos de nitrógeno (NO y NO2 mayoritariamente), que se recogen fácilmente en un matraz erlenmeyer cerrado con un tapón.

Práctica de laboratorio

El Principio de Le Chatelier establece que si una reacción en equilibrio es perturbada

desde el exterior, el sistema evoluciona en el sentido de contrarrestar los efectos de

dicha perturbación.

•Si aumenta una sustancia, el sistema (equilibrio) se desplaza en el sentido en que se consume dicha sustancia

•Si disminuye la concentración de una sustancia……produce dicha sustancia

•Si aumenta presión o disminuye el V……. Disminución del nº de moles de gas (y viceversa)

•Si el nº de moles gaseoso fuera el mismo en reactivos y en productos, el sistema no se vería afectado por los

cambios de P y/o V

•Si aumenta la temperatura ……………. en el sentido endotérmico

•Si disminuye la T …….. En el exotérmico

•Catalizador no afecta al equilibrio sólo hace que se alcance más rápido

•Añadir un gas inerte (a volumen constante) no afecta al equilibrio porque aumente la presión total disminuyen las

presiones parciales. Si se modificara el volumen ver arriba

• Una reacción muy indicada para mostrar dicho principio es el equilibrio que se establece entre el

catión hexaacuacobalto (II), que se forma cuando una sal de cobalto (II) se disuelve en agua, y el

anión tetraclorurocobalto(II).

• En el primero el número de coordinación del cobalto es seis y tiene una coloración rosada,

mientras que en el segundo el cobalto tiene un índice de coordinación cuatro y presenta un color

azul fuerte característico (azul cobalto)

• A temperatura ambiente el equilibrio se encuentra desplazado hacia la izquierda y la disolución

presenta un color rosado intenso.

• Si añadimos cloruro o calentamos, el equilibrio se desplazará hacia la derecha (el Cl- se

consume para formar el complejo y en ese sentido la reacción es endotérmica).

• Si tratamos de añadir iones cloruro disolviendo cloruro de sodio, ocurre que la disolución se

satura antes de que el cambio de color sea apreciable, pero se puede lograr dicho cambio

obteniendo una disolución saturada de sal y calentando.

• Al calentar (5 min) se disuelve más sal (suministrando iones Cl- ) y se logra el desplazamiento del

equilibrio hacia la derecha por el efecto combinado de la adición de iones cloruro y el aumento de

la temperatura, desplazamiento que será visible por el cambio de color.

• Una vez obtenido el color azul se puede desplazar la reacción nuevamente hacia la izquierda

añadiendo agua o enfriando, tal y como se ve en el vídeo.

http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/Videos/EquilibrioQ/index.htm

Solubilidad de un soluto en un disolvente dado: Cantidad de soluto necesaria para formar una disolución saturada en una cantidad dada de disolvente.Máxima cantidad de soluto que puede disolverse en una cantidad fija de disolvente.

[p.ej. NaCl en agua a 0ºC Þ s = 35.7 g por 100 mL agua] muy soluble

Si disolvemos menos cantidad

disolución no saturadas

gramos soluto / 100 mL disolventegramos soluto / L disolución

moles soluto / L disolución (Molar)

Sólidos

iónicos

cristalinos

• Solubles (s 2 10-2 M)

• Ligeramente solubles (10-5 M < s < 2 10-2 M)

• Insolubles (s 10-5 M)

Equilibrios PAUAgCl Halogenuros de plata; PbSO4 HgSO4 CaSO4, BaSO4 SrSO4

PbCO3 CaCO3 Sr CO3 Ba CO3

PbS HgS Formar y disolver precipitados en el laboratorio

PbI2 (s) Pb2+ (aq) + 2 I- (aq)

• Heterogéneo• Reacción directa: disolución• Reacción inversa: precipitación

No entran en PAU

¡OJO no hay gases!

AgCl (s) Ag+ (aq) + Cl- (aq) KPS = [Ag+]eq [Cl-] eq Producto de solubilidad

Relación entre la solubilidad y el producto de solubilidad:

AgCl (s) Ag+ (aq) + Cl- (aq)

[ ]o[ ]eq s s

KPS = [Ag+][Cl-] = s2

PSKs

Si KPS s

AgCl Halogenuros de plata

Sólidos PbSO4 HgSO4 CaSO4, BaSO4 SrSO4 Metal +2 + SO42- disueltos

PbCO3 CaCO3 Sr CO3 Ba CO3 PbS HgS

En un tubo de ensayo se vierten 5 ml de cloruro de bario y a continuación gotas de la disolución de carbonato de sodio hasta la formación de un precipitado claramente visible. A continuación se le añade gota a gota la disolución de ácido clorhídrico, observando lo que ocurre.

BaCl2 + Na2CO3Ba CO3 insluble

Ba CO3 + HCl BaCl2 + H2CO3 reacción A-B-transferencia de un protón

Consecuencia se disuelve el precipitado de carbonato de bario. Importante el ácido carbónico es inestable y se descompone en CO2 y H2O por lo que al añadir ácidos a los carbonatos lo que se observa es el burbujeo debido al desprendimiento de un gas.

Práctica de laboratorio La lluvia ácida es un fenómeno característico de atmósferas contaminadas, se identifica cuando elpH de agua de lluvia es inferior a 5.6 unidades. Este fenómeno preocupa a la comunidad internacional, debido al riesgo que representa para la conservación y desarrollo de los ecosistemas existentes. La lluvia ácida

acelera la corrosión en materiales de

construcción y pinturas, ocasionando un

daño irreparable en los edificios,

monumentos y esculturas que

constituyen el patrimonio histórico y

cultural. Los monumentos construidos

con roca arenisca, piedra caliza y

mármol, se corroen con mayor rapidez

en presencia de ácido sulfúrico (H2SO4)

Ba CO3 (s) Ba2+ (aq) + CO32- disueltos (aq)

• ¿Cómo se disuelve un precipitado de cloruro de plata? Principio de Le Chatelier

En las reacciones de precipitación uno de los productos de reacción es un sólido que, al estar en equilibrio con los

iones en disolución, constituye un ejemplo de un equilibrio heterogéneo que también cumple el principio de Le

Chatelier, modificando su posición (disolviéndose más o menos sustancia) cuando se modifican diferentes

factores como la concentración de las sustancias.

En un tubo de ensayo se vierten 5 mL de disolución de cloruro sódico y a continuación gotas de la disolución de

nitrato de plata hasta la formación de un precipitado claramente visible.

NaCl (ac) +AgNO3 (ac) AgCl (precipita) + NaNO3

A continuación se le añade gota a gota la disolución de amoniaco, observando lo que ocurre. Ag Cl (s) se disuelve

Práctica de laboratorio

Ag+ (aq) + 2 NH3 (aq) Ag(NH3)2+ (aq)

Ag Cl (s) Ag+ (aq) + Cl- (aq)

El AgCl se disuelve al desplazarse el eq a la derecha ya que

disminuye la concentración de Ag+ debido al equilibrio 2.

Formación de un ion complejo soluble

Cuestión: El AgCl ¿es más o menos soluble en agua o en

agua con cloruro de sodio disuelta? Efecto del ión común

•Si Hºdis > 0 (endotérmica) T KPS s

• Si Hºdis < 0 (exotérmica) T KPS s

Mg(OH)2 (s) Mg2+ (aq) + 2 OH- (aq)

Si el pH se hace más ácido Þ menor [OH-] Þ el equilibrio se desplaza a la derecha Þ mayor solubilidad.

La solubilidad de un compuesto iónico poco soluble (PbI2 (s)) disminuye en presencia de un segundo soluto (KI (s)) que proporcione un ión común

PbI2 (s) Pb2+ (aq) + 2 I- (aq)

KI (s) K+ (aq) + I- (aq)

Otros casos

• Principio de Le Chatelier “Si un sistema químico que está en equilibrio se somete a una perturbación que cambie cualquiera de las variables que determina el estado de equilibrio, el sistema evolucionará para CONTRARRESTAR el efecto de la perturbación”.

• Práctica de laboratorio:

Fe3+(ac) + 6 SCN –

(ac) [Fe(SCN)6]3–

(ac)

• En un vaso de precipitados se prepara una disolución mezclando 1 mL de las disoluciones

de cloruro de hierro (III) y de tiocianato potásico diluyéndola con 50 mL de agua.

• La disolución preparada se dividirá aproximadamente en cuatro partes iguales que se

colocarán en cuatro tubos de ensayo.

• Tubo 1: Se deja inalterado como control

• Tubo 2: Se le añade gota a gota disolución de KSCN

• Tubo 3: Se le añade gota a gota disolución de NaOH

• Tubo 4: Se le añade gota a gota disolución de NaI

Los residuos deben ser conservado en recipientes especiales, para su posterior

tratamiento o eliminación por parte de empresas especializadas.

• reacciones de precipitación (la solubilidad o

el producto de solubilidad) con las

siguientes sustancias: Halogenuros de plata;

sulfatos de plomo(II), mercurio(II), calcio,

bario y estroncio; carbonatos de plomo(II),

calcio, estroncio y bario; sulfuros de

plomo(II) y mercurio(II), diferenciando cociente

de reacción y constante de equilibrio.

• También se evaluará si predice, cualitativamente, aplicando el

principio de Le Chatelier, la forma en la que evoluciona un sistema

en equilibrio cuando se interacciona con él.

• Por otra parte, se tendrá en cuenta si justifican las condiciones

experimentales que favorecen el desplazamiento del equilibrio en el

sentido deseado, tanto en procesos industriales (obtención de

amoniaco o del ácido sulfúrico) como en la protección del medio

ambiente (precipitación como método de eliminación de iones

tóxicos) y en la vida cotidiana (disolución de precipitados en la

eliminación de manchas).

• Asimismo se valorará la realización e interpretación de experiencias

de laboratorio donde se estudien los factores que influyen en el

desplazamiento del equilibrio químico, tanto en equilibrios

homogéneos (sistemas dióxido de nitrógeno/tetraoxido de

dinitrógeno y tiocianato/hierro(III) como heterogéneos

(formación de precipitados AgCl y BaCO3 y posterior disolución

de los mismos).