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Equilibrio y cinética química

EQUILIBRIO QUÍMICO

Cantidades relativas las sustancias de la reacción permanece constante.

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El equilibrio se alcanza cuando los

reactivos se transforman en productos con la misma velocidad que los productos

vuelven a transformarse en

reactivos.

Un sistema en equilibrio debe cumplir los siguientes requisitos:

• Sólo puede existir equilibrio en un sistema cerrado

• Cuando se alcanza el estado de equilibrio, las propiedades del sistema (color, masa del reactivo sin reaccionar, temperatura, etc.), no cambian con el t

ba

dc

BADCKeq

• Cuando se alcanza el estado de equilibrio, las concentraciones de los reactivos y los productos se encuentran en una relación numérica constante

aA + bB → cC + dD

Sistema en equilibrio

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Un sistema en equilibrio debe cumplir los siguientes requisitos:

• Sólo puede existir equilibrio en un sistema cerrado

• Cuando se alcanza el estado de equilibrio, las propiedades del sistema (color, masa del reactivo sin reaccionar, temperatura, etc.), no cambian con el t

ba

dc

BADCKeq

• Cuando se alcanza el estado de equilibrio, las concentraciones de los reactivos y los productos se encuentran en una relación numérica constante

aA + bB → cC + dD

Sistema en equilibrio

Constante de equilibrio

• Relación numérica entre las concentraciones de los productos y los reactivos cuando se alcanza el equilibrio. (Keq, Ka, Kb, Kw)

Reacción ocurriendo

Reacción ocurriendo

EquilibrioEquilibrio

Keq =

[pdtos]/[Rx]

Keq =

[pdtos]/[Rx]

Factor que afecta el

equilibrio*

Factor que afecta el

equilibrio*

*(cambios de T, P, [], etc)

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Factores que afectan el equilibrio• “Si sobre un sistema en equilibrio

se modifica cualquiera de los factores que influyen en una reacción química, dicho sistema evolucionará en la dirección que contrarreste el efecto del cambio”

• Cuando un sistema que se encuentra en equilibrio, es sometido a una acción externa que lo perturbe, el equilibrio se desplaza hasta alcanzar nuevamente el equilibrio.

Henry Le Châtelier (1850-1936)

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Factores que afectan el equilibrio• Cambio de concentración: A + B C + D. • Aumento de reactivos o productos

Henry Le Châtelier (1850-1936)C

D

A

A

A

AA

B

B

B

C

C

C

C

C

C

C

C

C

D

D

D

D

D

D

A

AA A

A

C

C

D

D

D

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Factores que afectan el equilibrio

• Cambio de la temperatura: – Aumento: desplazándose en el sentido que absorba calor– Disminución: desplazándose al proceso que genera calor.

• Cambio de la presión:– Importante: Estado gaseoso – Un aumento de presión favorecerá la reacción que

implique una disminución de volumen. En cambio, si se disminuye la presión, se favorecerá la reacción en la que los productos ocupen un volumen mayor que los reactivos.

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CINETICA QUIMICA

• Estudio de la rapidez o velocidad de las reacciones.• Importante:

– Uso de medicamentos– Catalizadores en procesos industriales– Toxicidad

Velocidad de una reacción

• Cambio de concentración de reactivos y/ o productos en el tiempo (M/seg)

• La velocidad de las reacciones químicas abarca escalas de tiempo muy amplias.

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Cinetica química

• La cinética química trata dos aspectos básicos:

1. la descripción del mecanismo de reacción o conjunto de pasos y estados intermedios que se producen durante la reacción, y

2. la formulación de una ley de velocidad que describa adecuadamente y en detalle la velocidad de la reacción.

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Energía de activación• Para que una colisión entre

moléculas vaya seguida de una reacción, debe haber una redistribución de energía, de manera que haya energía suficiente en ciertos enlaces clave que deben romperse

• La energía de activación es:– La “energía mínima”,

superior a la energía cinética media, que deben tener las moléculas cuando chocan para que tenga lugar una reacción química.

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Teoría de colisiones

• Si la barrera de activación es elevada, sólo algunas moléculas tendrán suficiente energía cinética y la reacción es más lenta.

• A medida que la temperatura aumenta, la velocidad de reacción también aumenta.

• La orientación de las moléculas puede ser importante.

Teoría de colisiones

(a) Colisión favorable

(b) Colisiones no favorables

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Energía de activación

Energía total

Energia neta liberada(calor de reacción)

Se trata de una reacción “exergónica”, construya un diagrama para una reacción “endergónica”.Cuándo nos referimos a reacciones exotérmicas y endotérmicas?

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Teoría del estado de transición

• El complejo activado es una especie hipotética que se encuentra entre los reactivos y los productos en un punto sobre el perfil de una reaccióndenominado estado de transición.

Catálisis• Un catalizador proporciona una secuencia alternativa de la

reacción con una menor energía de activación.• Catálisis homogénea:

– Todas las especies de la reacción están en disolución. • Catálisis heterogénea:

– El catalizador está en el estado sólido.– Los reactivos de una fase gaseosa o líquida son

absorbidos.– Las posiciones activas sobre la superficie catalítica son

importantes.

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Catálisis

Catálisis enzimática

E + S ESk1

k-1ES → E + P

k2

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Estado de transición

Energía de activación

Estado de transición

Energía de activaciónCon catalizador

Energía de activación sin catalizador