Quimica General Acidos Y Bases

UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y MATEMATICA

ESCUELA DE QUÍMICA

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA GENERAL

ASIGNATURA: QUÍMICA GENERAL, 2014

TEMA: EQUILIBRIO QUÍMICO ÁCIDO-BASE EN SISTEMAS ACUOSOS

Objetivo General:

I. Comprender el significado de equilibrio químico y los factores que lo afectan

II. Interpretar el significado cualitativo y cuantitativo de la acidez y basicidad de los sistemas químicos.

EQUILIBRIO QUÍMICO

Objetivo 1. Expresar el concepto de equilibrio químico, las condiciones que lo establecen y las propiedades que lo caracterizan.

Cuando se inicia una reacción química, ésta puede evolucionar de dos maneras diferentes:

I. La reacción puede desarrollarse hasta que se agote uno de los reactivos o

II. Transcurrir hasta un cierto punto en el que, aunque existan reactivos en cantidad suficiente, la reacción, aparentemente, se detiene.

En el segundo caso se dice que el sistema formado por los reactivos, los productos y el medio de reacción ha alcanzado un estado de equilibrio. A pesar de que un sistema químico en equilibrio parece que no se modifica con el tiempo, esto no significa que no está ocurriendo ningún cambio.

Inicialmente los reactivos se combinan para formar los productos, pero llega un momento en que la cantidad de producto es lo suficientemente grande como para que estos productos reaccionen entre sí, volviendo a formar los reactivos iniciales. De esta manera transcurren simultáneamente dos reacciones, directa e inversa.

La condición en la cual las concentraciones de todos los reactivos y productos en un sistema cerrado, dejan de cambiar con el tiempo, se denomina Equilibrio Químico. El equilibrio se manifiesta únicamente en reacciones reversibles.

También se dice que existe un equilibrio químico cuando reacciones opuestas avanzan a velocidades iguales; es decir que la velocidad de formación de productos a partir de los reactivos es igual a la velocidad de formación de los reactivos a partir de los productos. Y las concentraciones de productos y reactivos permanecen constantes.

De manera general el equilibrio se puede representar así:

aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g)

Puede existir también un equilibrio entre dos fases de una misma sustancia, al cual se denomina Equilibrio Físico. Por Ejemplo. El equilibrio que existe entre el agua líquida con su vapor.

H2O(l) H2O(g)

.

Cuando se tiene agua liquida dentro de un recipiente cerrado, las moléculas que pasan de la fase liquida a la fase gaseosa, ejercen una presión sobre las paredes del recipiente, a medida que se van acumulando moléculas de agua en fase gaseosa, su presión de vapor va aumentado, lo que hace que empiecen a pasar moléculas de la fase gaseosa a la fase líquida, hasta que se igualan las velocidades, tanto de las moléculas que pasan a la fase de vapor con las moléculas que pasan a la fase líquida; en este momento se dice que el sistema ha alcanzado su equilibrio.

1.1. Propiedades del equilibrio químico.

a) Es dinámico (auque parece en reposo)

b) Las propiedades macroscópicas permanecen constantes.

Cuando se alcanza el estado de equilibrio, las propiedades observables del sistema (color, , temperatura, etc.), no varían con el tiempo

c) Es reversible.

1.2. Condiciones para que se establezca un equilibrio químico.

Sólo puede existir equilibrio químico en un sistema cerrado (un sistema en el que ni la energía ni las sustancias entren o salgan continuamente ) a temperatura constante

El equilibrio se alcanza cuando los reactivos se transforman en productos con la misma velocidad que los productos vuelven a transformarse en reactivos.

Sistema Abierto. Un sistema donde hay intercambio de masa y de energía.

Sistema Cerrado. Un sistema donde hay intercambio de energía, pero no de masa.

Sistema Aislado. Un sistema donde no hay intercambio de masa ni de energía.

Objetivo 2 Escribir ecuaciones químicas que representen el estado de equilibrio.

Cuando se alcanza el estado de equilibrio, las concentraciones de los reactivos y los productos se encuentran en una relación numérica constante. Experimentalmente se comprueba que las concentraciones de las sustancias implicadas en un sistema en equilibrio se encuentran relacionadas por la siguiente ley y expresión matemática:

Ley de acción de las masas. Para una reacción reversible en equilibrio, y a una temperatura constante, una relación determinada de concentraciones de reactivos y productos (expresada en presiones parciales o en molaridades en el caso de gases y como molaridades en el caso de disoluciones acuosas), tiene un valor constante, y es representado por K. (constante de equilibrio)

Si se tiene:

aA(ac) + bB(ac) cC(ac) + dD(ac)

aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g)

A las expresiones anteriores se les conoce como expresión de la constante de equilibrio. (adimensional).

Ejemplos de expresiones de constantes de equilibrio:

a) N2O4 (g) 2NO2 (g)

Keq = [NO2]2

[N2O4]

b) 2 O3(g) 3O2 (g)

Keq = [O2]3

[O3]2

c) 2NO (g) + Cl2 (g) 2 NOCl (g)

Keq = [NOCl]2

[NO ]2 [Cl2]

d) Ag+ (ac) + 2 NH3 (ac) Ag(NH3)+ (ac)

Keq = [Ag(NH3)+]

[NH3]2 [Ag+]

Objetivo 3 Escribir la constante de equilibrio para sistemas homogéneos y heterogéneos

3.1. Equilibrios homogéneos y heterogéneos

Un equilibrio es homogéneo cuando los reactivo y productos se encuentran en una misma fase (Líquida, sólida, gaseosa o acuosa).

Un equilibrio es heterogéneo cuando al menos un reactivo o producto se encuentra en distinta fase que los otros.

Cuando se trata de un equilibrio homogéneo (en estado gaseoso o acuoso), la expresión de la constante de equilibrio es obtenida utilizando todas las especies involucradas en el equilibrio. Contrario cuando se trata de un equilibrio heterogéneo, Las concentraciones de los sólidos puros, líquidos puros y disolventes no se incluyen en la expresión de la constante de equilibrio.

Ejemplo:

Para los siguientes sistemas en equilibrio, escriba la expresión de la constante de equilibrio.

S(s) + O2 ( g ) SO2 ( g )

Keq = [SO2]

[O2]

Ni(CO)4(g) Ni(s) + 4CO(g)

Keq = [CO]4

[Ni (CO)4]

2CO2(g) 2CO(g) + O2(g)

Keq = [O2] [CO]2

[CO2]2

Ejercicio:

Para los siguientes sistemas en equilibrio, escriba la expresión de la constante de equilibrio e identifíquelos como homogéneos o heterogéneos

H2 (g) + Br2 (g) 2HBr (g)

6CO2 (g) + H2O (l) C6H12O6 (s) + 6 O2 (g)

Ni (s) + 4CO (g) Ni(CO) 4 (g)

2HgO (s) 2Hg (l) + O2 (g)

N2O4 (g) 2NO 2 (g)

CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g)

H2CO3 (ac) H+ (ac) + HCO3- (ac)

(NH4)2Se (s) 2NH3 (g) + H2Se (g)

Objetivo 4 Calcular el valor de la constante de equilibrio.

Ejemplo.

Se ha estudiado el siguiente proceso en equilibrio a 230°C.

2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g)

En un experimento se encontró que las concentraciones en equilibrio de las especies reaccionantes son: [NO] = 0.0542M, [O2] = 0.127M y [NO2] = 15.5M. Calcule la constante de equilibrio.

Solución.

Estableciendo la ecuación para la expresión de la constante de equilibrio se obtiene:

Keq = [NO2]2

[NO]2 [O2]

Sustituyendo el valor de las concentraciones en equilibrio de las especies:

Keq = (15.5)2

(0.0542) 2

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