SEMANA 11
VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EQUILIBRIO
QUIMICO
Cinética química.
Teoría de colisiones. Velocidad de reacción
Factores que la afectan: temperatura, concentración,
catalíticos, área superficial.
Reacciones reversibles.
Equilibrio químico
Factores que lo afectan: concentración, presión y
temperatura
Principio de Le Chatelier. Ley de Acción de Masas
Constante de equilibrio(Keq), expresión y cálculos.
Ejercicios
Cinética Química
Es el estudio de las velocidades de las reacciones
químicas y los factores que afectan a la velocidad de
reacción.
TEORIA DE COLISIONES
Explica que una reacción se realiza solo cuando las
moléculas ó átomos de los reactivos, chocan ó colisionan
entre sí, con la orientación adecuada y suficiente
energía.
Pueden ocurrir muchas colisiones, pero muy pocas
conducen a la formación de productos.
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Condiciones indispensables para que
ocurra una reacción
• 1. Colisión : los reactivos deben chocar es
decir colisionar entre ellos.
• 2. Orientación: los reactivos deben alinearse
correctamente para romper y formar enlaces.
• 3. Energía : la colisión debe suministrar
suficiente energía para alcanzar la energía de
activación necesaria para esa reacción.
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Orientación correcta
Productos de la reacción
NO HAY REACCIÓN
Orientación
incorrecta
NO HAY REACCIÓN
Orientación
incorrecta
NO HAY REACCIÓN
Orientación
incorrecta
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Energía de Activación
ENERGIA DE
ACTIVACION
ENERGIA
Es la mínima
cantidad de
energía
necesaria para
romper los
enlaces entre las
partículas de los
reactivos y que
se puedan
formar los
productos.
PRODUCTOS
REACTIVOS
AVANCE DE LA REACCION
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Velocidad de Reacción
Se
define como la cantidad de reactivo
consumido o de producto obtenido en un periodo
dado de tiempo.
Factores que afectan la velocidad de reacción
1. Concentración de reactivos
2. Temperatura
3. Catalizadores ( catalíticos)
4. Area superficial
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1. Concentración de reactivos
Al aumentar la concentración de las partículas
reaccionantes, aumenta el número de colisiones y la
reacción avanza más rápido.
 [Reactivos]   Velocidad de reacción
2. Temperatura
A temperaturas más altas, aumenta la energía
cinética de las partículas, se mueven más rápido,
chocan más veces y con suficiente energía para
formar productos, por lo tanto la velocidad de
reacción aumenta.
 Temperatura   velocidad de reacción
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3. Catalíticos o Catalizadores
Es una sustancia que
aumenta la velocidad de una
reacción química porque reduce
su energía de activación.
No forma parte de los
reactivos en la reacción.
La cantidad de catalizador
permanece igual al final de la
reacción.
• En los sistemas vivos, los
catalizadores son las
ENZIMAS
Uso de catalíticos velocidad
de reacción
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4. Área Superficial
Si las partículas del reactivo son más pequeñas,
su área superficial es mayor, lo que permite
aumentar la frecuencia de colisión.
 Área superficial   Velocidad de reacción
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Reacciones Reversibles
Son las reacciones que pueden llevarse a cabo
en uno y otro sentido, hasta llegar al
equilibrio.
Reacción directa: A  B (las estudiadas hasta hoy)
Reacción inversa:
AB
Reacción reversible: A ⇄ B
En estas reacciones, se forman los productos,
luego éstos interactúan y chocan y pueden formar los
reactivos nuevamente hasta alcanzar el EQUILIBRIO
QUÍMICO
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Equilibrio Químico
• Punto en el cual la velocidad de la reacción
directa A  B es igual a la velocidad de la reacción
Inversa A B.
• Los reactivos forman productos a la misma velocidad
que los productos forman reactivos. A ⇄ B
• Al alcanzar el equilibrio, las concentraciones de
reactivos y productos permanecen constantes (no
iguales).
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Equilibrio Homogéneo
En el que todos los reactivos y productos se
encuentran en el mismo estado físico.
2 SO2(g) + O2(g)  2SO3(g)
Equilibrio Heterogéneo
En el que uno o varios reactivos ó productos
están en diferente estado físico.
4HCl(l) + O2(g)  2H2O(l) + 2Cl2(g)
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Ley de Acción de Masas ó Expresión
de la Constante de Equilibrio
Establece que cuando una reacción reversible alcanza el
equilibrio, se le puede calcular su Constante de
equilibrio ( Keq), a una temperatura dada
Y se expresa de la manera siguiente:
Keq = [C] c [D] d Los corchetes [ ] significan conc. Molar (m/L)
[ A] a [ B ]b
(los exponentes son los coeficientes)
Para la reacción
aA + bB ⇋ cC + dD
N2 (g) + 3 H2 (g) ⇄ 2 NH3 (g)
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La Keq nos ayuda a predecir , hacia
donde se desplaza una reacción
Keq = 1 el equilibrio no se desplaza
Keq > 1 el equilibrio se desplaza a la
formación de producto
Keq < 1 el equilibrio se desplaza a la
formación de reactivos
.
En los cálculos de la Keq solo se toman en
cuenta los reactivos o productos gaseosos.
2KNO3(s) ⇄ 2KNO2(s) + O2(g)
C(s) + 2H2(g) ⇄ CH4(g)
Keq= [O2]
Keq= [CH4]
[H2]2
CaO (s) + CO2(g) ⇄ CaCO3(s)
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Cálculo de Keq:
1. Calcule la Keq para la reacción y analice hacia
donde se desplaza el equilibrio :
N2 (g) + 3 H2 (g) ⇄ 2 NH3 (g)
Sabiendo que en el equilibrio :
[N2]= 0.2
[H2] = 0.4 [ NH3]= 0.3
Keq = [ NH3] 2  Keq = (0.3)2 _
[ N2] [H2] 3
(0.2)(0.4)
3
Keq= 7.03
Si es mayor de 1, la reacción se desplaza al lado de los
productos (hacia la derecha).
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Cálculo de la concentración de uno de los
reactivos ó productos conociendo Keq
2. Calcule la [H2] para la siguiente reacción en
equilibrio , conociendo la Keq = 0.8 y las
concentraciones :
CO (g) + H2O (g) ⇄ CO2 (g) + H2 (g)
[CO] = 0.2 [H2O] = 0.1 [CO2] = 0.4
Keq = [CO2][ H2] 0.8 = (0.4) ( x )
[ CO ][H2O]
(0.2) (0.1)
( x) = 0.8 (0.2) (0.1) / (0.4) = 0.04
[H2 ] = 0.04
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Ejercicios:
1. Escriba las expresiones para las constantes de
equilibrio de las siguientes reacciones e indique el
tipo de equilibrio (homogéneos ó heterogéneos):
a) PCl5 (g) ⇄ PCl3 (g) + Cl2(g)
b) NH3(g) + 5O2(g) ⇄ 4NO(g) + 6 H2O(g)
c) 2 NaHCO3 (s) ⇄ Na2CO3 (s) + CO2(g) + H2O(g)
2. Dadas las [ ] en equilibrio calcule el valor de la Keq:
2A+B⇄3C+D
[A] = 0.35M; [B] = 0.9 M; [C] = 0.10M; [D] = 0.50 M
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3. ¿Cuál es el valor de la constante de equilibrio ( K eq )
para la siguiente reacción?
CO2(g) + H2(g) ⇄CO(g) + H2O(g)
4. La Keq de la reacción siguiente es 0.212 . Cuando
[NO2] = 0.40 M, ¿Cuál es la [N2O4] en el equilibrio?
N2O4(g) ⇄ 2 NO2(g)
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Principio de Le Chatelier
•
Si se aplica una alteración (como un
cambio de concentración, presión o
temperatura) en una reacción en equilibrio, el
equilibrio se desplaza en la dirección que
disminuya la alteración.
• Es decir, el sistema responde cambiando la
velocidad de reacción hacia la derecha o a la
izquierda, para minimizar la perturbación y
restablecer el equilibrio.
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Factores que afectan el equilibrio:
Concentración, presión y temperatura
1. Concentración
Si se aumenta la [reactivos ] el equilibrio se desplaza
a mayor formación de productos
(derecha →).
Si se disminuye la [reactivos ] el equilibrio se desplaza
a mayor formación de reactivos (izquierda ←).
Si se aumenta la [productos ] el equilibrio se desplaza
a mayor formación de reactivos ( izquierda ←).
Si se disminuye la [ productos ]el equilibrio se
desplaza a mayor formación de productos (→
derecha).
2. Temperatura:
En las Reacciones endotérmicas: necesitan calor, se
puede considerar al calor como reactivo para predecir
el desplazamiento del equilibrio.
2 KClO3 + calor ⇄ 2 KCl + 3 O2
↑ de T el equilibrio se desplaza a la →
↓ de T el equilibrio se desplaza a la ←
En las Reacciones exotérmicas: liberan calor, se puede
considerar al calor como uno de los productos.
N2 (g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH 3 (g) + calor
↑ de T el equilibrio se desplaza a la ←
↓de T el equilibrio se desplaza a la →
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3. Presión
Para que los cambios de presión tengan
efecto apreciable en una reacción química en
equilibrio, es necesario que uno o mas de los
reactivos o productos sea gaseoso.
CO(g) + 3H2(g)
CH4(g) + H2O(g)
↓ PRESIÓN
Hacia donde hay MAYOR #
de moles de gas
↑ PRESIÓN
Hacia donde hay MENOR #
de moles de gas
PRESIÓN
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Principio de Le Chatelier
•
Si se aplica una alteración (como un
cambio de concentración, presión o
temperatura) en una reacción en equilibrio, el
equilibrio se desplaza en la dirección que
disminuya la alteración.
• Es decir, el sistema responde cambiando la
velocidad de reacción hacia la derecha o a la
izquierda, para minimizar la perturbación y
restablecer el equilibrio.
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FACTOR
CONCENTRACION
Alteración
Desplazamiento del
Equilibrio
↓ [ ] productos
↑ [ ] reactivos
Derecha
↓ [ ] reactivos
↑ [ ] productos
Izquierda
Si ↑ T°
Endotérmicas
Si ↓ T°
TEMPERATURA
Si ↑ T°
Exotérmicas
Si ↓ T°
→
←
Derecha
→
Izquierda
←
Izquierda
←
Derecha
→
Si ↓ Presión
Hacia donde hay
MAYOR # de
moles de gas
Si ↑ Presión
Hacia donde hay
MENOR # de
moles de gas
PRESION
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Ejercicios:
1. Considere el siguiente sistema:
C2H6 (g) ⇄ C2H4(g) + H2 (g) + Calor
Prediga hacia donde se desplaza el equilibrio si:
a) Aumentamos la temperatura_______
b) Disminuimos [ C2H4] ____________
c) Aumentamos [ H2 ]_______________
d) Disminuimos la presión __________
e) Disminuimos la temperatura ______
2. Para la reacción en equilibrio
2NO2(g) ⇄ 2NO (g)+ O2(g) + calor
A) Es exotérmica ó endotérmica?
B) Escriba la constante de equilibrio :
C) Es equilibrio homogéneo ó heterogéneo?
Hacia donde (IZQUIERDA Ó DERECHA) desplazará el
equilibrio si se:
D) Aumenta la temperatura:
E) Disminuye [ NO] :
F) Disminuye la temperatura:
G) Aumenta [ NO2]:
H) Aumenta la presión:
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3. En la reacción :
PCl5(g) + calor ⇄ PCl3(g) + Cl2(g)
En qué sentido se desplaza el equilibrio al :
a)Extraer Cl2
b) Disminuir la temperatura
c)Agregar PCl3
d)Extraer PCl5
e)Aumentar la presión
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SEMANA 11 VELOCIDAD DE REACCIÓN Y