QUMICA 2 BATXILLERAT

Unitat 4

EQUILIBRI QUMIC

Es defineix com a CONSTANT DEQUILIBRI KC lexpressi segent:

Aquesta equaci s lexpressi matemtica de la llei dacci de masses (LAM). Aquesta llei estableix que per a una

reacci reversible en equilibri a una temperatura constant la relaci de concentracions entre reactius i productes,

elevades als coeficients estequiomtrics respectius, t un valor constant que es representa per Kc.

Equilibri qumic.

Constant dequilibri de concentraci Kc

L'EQUILIBRI en una reacci reversible (aquella en la qual els reactius no es

transformen completament en productes, ja que els productes tornen a formar reactius)

s un estat del sistema en el qual les velocitats de reacci directa i inversa sn iguals i

les concentracions de totes les substncies que intervenen romanen constants. Per

tant, lequilibri s una situaci dinmica, ja que les reaccions se segueixen produint.

Les reaccions qumiques reversibles sescriuen, en general, de la manera segent:

aA + bB cC + dD

Tipus dequilibri:

Homogeni: quan totes les espcies qumiques presents estan en la mateixa fase.

Heterogeni: las espcies qumiques presents estan en diferent fase.

c d

c a b

[C] [D]K

[A] [B]

Grfic de les velocitats directa i

inversa respecte al temps.

Resoluci de problemes dequilibri qumic.

Per resoldre els exercicis dequilibri de les reaccions que es porten a terme en un recipient tancat s convenient seguir un

mtode general:

Inicialment:

Identifiquem les dades del problema.

Identifiquem les incgnites.

Passos

1. Expressem la concentraci molar dels reactius i dels productes.

2. Escrivim lequaci qumica de la reacci.

3. Completem, per a cada reacci, lesquema segent:

On x s la variaci de la concentraci duna espcie que tingus el coeficient estequiomtric unitat.

4. Allem la incgnita mitjanant la llei dacci de masses.

Finalment

Arribem a una conclusi i expressem el resultat fi nal en les unitats corresponents.

aA + bB cC + dD

Concentracions inicials c1 c2 c3 c4 Variaci de les concentracions en la reacci ax bx cx dx Concentracions en lequilibri c1-ax c2-bx c3+cx c4+dx

Interpretaci de Kc

SIGNIFICAT DE KCSi Kc s molt elevada (Kc>> 1). El numerador s molt ms gran que el denominador. Per tant, la quantitat de

productes en l'equilibri s molt ms gran que la de reactius. L'equilibri est desplaat cap a la dreta.

Si Kc s molt petita (Kc

Exercici exemple

En un moment determinat, un recipient de 2 L cont una mescla formada per 3 mol de dixid de carboni, 5 mol

dhidrogen, 0,6 mol daigua i 1 mol de monxid de carboni. Sabem que la constant dequilibri s Kc = 5 a una

temperatura de 1 073 K. Indica:

a) En quin sentit es produir la reacci?

b) Quines seran les concentracions de cada espcie en lequilibri?

Resoluci

a) Calculem les concentracions molars:3 mol

[CO2] =3 mol/2 L = 1,5 M; [H2] =5 mol/2 L= 2,5 M; [CO] =1 mol/ 2L = 0,5 M; [H2O] =0,6 mol /2 L= 0,3 M

Qc>Kc, per tant, la reacci s cap a la formaci de reactius (lesquerre)

b) A lhora de calcular les concentracions en lequilibri cal tenir en compte el sentit de la reacci:

c

, M , MQ

, M , M

15 2 525

0 5 0 3

CO(g) + H2O(g) H2(g) + CO2(g) Concentracions inicials 0,5 0,3 2,5 1,5 Variacions de les concentracions x x x x Concentracions en lequilibri 0,5+x 0,3+x 2,5-x 1,5-x

c

( , x) ( , x)K x , M

( , x) ( , x)

2 5 155 0 32

0 5 0 3Per tant, les concentracions en lequilibri sn:

[CO2] =1,18 M

[H2] =2,18 M

[CO] = 0,82 M

[H2O] =0,62 M

Per un equilibri homogeni entre gasos aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g), lexpressi de la CONSTANT DEQUILIBRI Kp

s:

La constant d'equilibri Kp s caracterstica de cada reacci. No depn de les quantitats inicials de productes i reactius.

El seu valor varia amb la temperatura. Kp s'expressa de forma adimensional. Es recomana calcular Kp a partir de les

pressions parcials expressades en atm, encara que seria totalment correcte fer-ho amb altres unitats.

La relaci entre les constants dequilibri Kc i Kp s: on n= (c+d)- (a+b)

Si el nombre de mols al passar de reactius a productes no canvia, aleshores: n = 0 i Kp = Kc.

Kp

c d

C Dp a b

A B

p pK

p p

n

p cK = K (RT)

Exemple:

Iguala les segents reaccions i completa la taula:

Equacions igualades i clcul de la constant que manca:

2NO2(g) 2NO(g) + O2(g) Kp=Kc(RT)n= 1,42104(0,082600)1=6,98610-3

PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g) Kc=Kp(RT)-n=2,144(0,082523)-1=0,050

Reacci Kc Kp Temp. (C)

NO2(g) NO(g) + O2(g) 1,42104 327 C

PCl5(g) PCl3(g) +

Cl2(g)

2,144 250 C

on pa, pb, pc i pd sn les pressions parcials dA, B, C i D

Grau de dissociaci

Clcul de Kc en exercicis amb el grau de dissociaci:

Tenim la reacci qumica AB A + B

Inicialment, AB t una concentraci molar c per en arribar a lequilibri, t un grau de dissociaci .

La concentraci que reacciona de cadascuna de les tres espcies (AB, A i B) sexpressa com per c.

Per tant, la concentraci de AB en lequilibri s: c - c =c(1- ).

Lexpressi de la constant dequilibri es pot calcular a partir de lesquema segent:

AB A + B

Concentracions inicials c

Variaci de les concentracions c c c

Concentracions en lequilibri c(1- ) c c

c

[A][B] c c cK

[AB] c( )

2

1 1

Si

Modificacions de l'equilibri. Principi de Le Chatelier

PRINCIPI DE LE CHATELIER: quan es produeix una pertorbaci en alguna de les variables que intervenen en l'estat

d'equilibri d'un sistema (temperatura, pressi, volum o concentracions), el sistema evoluciona de manera que

contraresta l'efecte d'aquesta pertorbaci i s'estableix un nou estat d'equilibri. L'nica pertorbaci que modifica el valor

de K s la variaci de temperatura. (http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/essentialchemistry/flash/lechv17.swf)

Factors que modifiquen lequilibri:

Canvis en les concentracions

Si augmenta la concentraci d'una substncia, el sistema es desplaa en el sentit que es consumeix aquesta

substncia.

Si disminueix la concentraci d'una substncia, el sistema es desplaa en el sentit que es produeix aquesta

substncia.

Canvis en la pressi i en el volum

Si augmenta la pressi, es produeix una disminuci del volum i, per tant, augmenta la concentraci dels gasos.

El sistema es desplaa en el sentit que hi ha menor nombre de mols de gasos.

Si disminueix la pressi, es produeix un augment del volum i, per tant, disminueix la concentraci dels gasos.

El sistema es desplaa en el sentit que hi ha major nombre de mols de gasos.

Si en la reacci hi ha el mateix nombre de moles de gasos en els reactius i en els productes, n=0 , una

variaci de la pressi o del volum no afecta a l'equilibri.

Canvis en la temperatura

Si augmenta la temperatura, el sistema es desplaa en el sentit de la reacci endotrmica.

Si disminueix la temperatura, el sistema es desplaa en el sentit de la reacci exotrmica.

Addici d'un catalitzador

No afecta a l'estat d'equilibri i si a la velocitat. Si s'afegeix des de l'inici de la reacci, sarriba abans a l'equilibri.

http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/essentialchemistry/flash/lechv17.swf

Energia lliure i constant dequilibri

En qualsevol procs qumic, es compleix que:

G=GRT ln Q

on Q s el quocient de reacci i R=8,31 Jmol-1K-1.

Si el sistema est en equilibri, es compleix que G=0 i que Q=K. Aleshores lexpressi anterior es converteix en

G=-RT ln K

on K s Kp o Kc segons si el sistema s gass o est en dissoluci.

Relaci entre G i K:

G1: Com ms petit sigui el valor d G, lequilibri tendeix ms a desplaar-se cap els productes (K >> 1).

G>0; K