Equilibrio Químico Teoría 2: Constante de equilibrio Kc. Ley de acción de masas.
Summary
TLDRThis video explains the concept of equilibrium constants in chemical reactions, detailing how they are derived from reaction rates and concentrations. It emphasizes that equilibrium constants depend solely on temperature and not on the initial concentrations of reactants or products. The video also discusses the relationship between equilibrium constants and the direction in which a reaction is shifted, whether toward reactants or products. Finally, it addresses special cases such as heterogeneous equilibria and reactions with multiple stages, making the content useful for students learning about chemical kinetics and thermodynamics.
Takeaways
- ⚖️ The equilibrium constant, denoted as K, is a relationship between the concentrations of products and reactants in a reversible reaction.
- 🔁 A reversible reaction can proceed in both directions, with forward and reverse rates represented by specific constants.
- ⚡ At equilibrium, the rates of the forward and reverse reactions become equal, which defines the state of balance between products and reactants.
- 🧪 For elementary reactions, the rate law can be expressed directly based on reactant concentrations, following stoichiometric coefficients.
- 🧮 The equilibrium constant formula involves the ratio of the concentration of products to reactants, each raised to the power of their stoichiometric coefficients.
- 🌡️ The equilibrium constant depends solely on temperature and is not influenced by initial concentrations of reactants or products.
- 🔬 High K values indicate a reaction favoring products, while low K values suggest that reactants dominate at equilibrium.
- 📉 A very high equilibrium constant implies the reaction is almost irreversible, producing mostly products.
- 🔄 For reversible reactions expressed in opposite directions, the equilibrium constants are reciprocal of each other.
- 🧱 Solids and pure liquids are not included in the equilibrium expression as their concentrations remain constant.
Q & A
What is the equilibrium constant, and how is it symbolized?
-The equilibrium constant is a relationship between the concentrations of products and reactants at equilibrium. It is symbolized as 'Kc'.
How do reaction rates differ for forward and reverse reactions in a reversible process?
-In a reversible reaction, the forward reaction has a rate constant 'k_forward', and the reverse reaction has a rate constant 'k_reverse'. These rates change until they equal each other at equilibrium.
What happens to the reaction rates at equilibrium?
-At equilibrium, the rate of the forward reaction equals the rate of the reverse reaction. This balance means the concentrations of reactants and products remain constant over time.
How can we express the equilibrium constant in terms of reactant and product concentrations?
-The equilibrium constant expression is written as the ratio of the product of the concentrations of products (raised to their stoichiometric coefficients) over the product of the concentrations of reactants (also raised to their stoichiometric coefficients).
What does the magnitude of the equilibrium constant tell us about the reaction?
-If Kc > 1, the reaction favors the formation of products at equilibrium. If Kc < 1, the reaction favors the reactants, meaning there will be more reactants than products at equilibrium.
How does temperature affect the equilibrium constant?
-The equilibrium constant is dependent on temperature. Any change in temperature will alter the value of Kc but not the concentrations of reactants or products.
What are the units of the equilibrium constant?
-In most cases, the equilibrium constant is dimensionless. However, it is calculated using concentrations (in mol/L), but the final value of Kc does not have units.
When writing the equilibrium constant expression, which substances are excluded?
-In equilibrium expressions, pure solids and pure liquids are excluded because their concentrations do not change. Only gases and aqueous solutions are included.
How does the equilibrium constant change if the reaction is reversed?
-If the reaction is reversed, the equilibrium constant for the reverse reaction is the reciprocal of the equilibrium constant for the forward reaction (K_reverse = 1/K_forward).
What is the relationship between equilibrium constants for reactions involving multiple steps?
-If a reaction occurs in multiple steps, the equilibrium constant for the overall reaction is the product of the equilibrium constants for each step.
Outlines
🔬 Understanding Equilibrium Constant in Chemical Reactions
The paragraph explains the concept of equilibrium constant (K), which represents the relationship between the concentrations of products and reactants in a reversible reaction. It introduces the idea of reaction rates for both the forward and reverse reactions and shows how these rates balance at equilibrium. The paragraph details how the concentrations of reactants and products are raised to their stoichiometric coefficients in the rate equations. It also highlights that once equilibrium is reached, the rate of the forward reaction equals the rate of the reverse reaction, resulting in a constant ratio of products to reactants.
⚖️ Expression of the Equilibrium Constant and Its Temperature Dependence
This section discusses how to express the equilibrium constant for specific reactions. It demonstrates using an example of a reaction between iodine and hydrogen, describing the general form of the equilibrium constant expression as the ratio of product concentrations to reactant concentrations, raised to their stoichiometric coefficients. It emphasizes that the equilibrium constant depends on temperature, not on initial concentrations, and explains why concentration units are often omitted from the equilibrium constant's expression.
📈 Analyzing the Equilibrium Constant to Predict Reaction Direction
The paragraph focuses on interpreting the value of the equilibrium constant. A value greater than 1 indicates that products dominate at equilibrium, suggesting the reaction is displaced to the right. Conversely, a value less than 1 suggests that reactants dominate, meaning the reaction is displaced to the left. It provides examples, such as the decomposition of N2O4, with varying equilibrium constants to illustrate how the reaction shifts towards products or reactants depending on the constant's magnitude.
🔄 Reciprocal and Adjusted Equilibrium Constants
This section explains the concept of reciprocal equilibrium constants, showing that if a reaction is reversed, the equilibrium constant becomes the reciprocal of the original. Additionally, the paragraph demonstrates how multiplying the coefficients of a reaction by a factor affects the equilibrium constant by raising it to the corresponding power. This allows for flexibility in adjusting equilibrium expressions based on how the reaction is written.
🧮 Combining Equilibrium Constants for Multi-Step Reactions
The paragraph explores how equilibrium constants behave when reactions occur in multiple steps. It explains that the overall equilibrium constant for a reaction that is the sum of two other reactions is the product of their individual equilibrium constants. This principle is useful when analyzing complex reactions broken into smaller steps. Additionally, it touches on heterogeneous equilibria, stating that pure solids and liquids are not included in the equilibrium expression, as their concentrations remain constant.
Mindmap
Keywords
💡Equilibrium constant (K)
💡Reaction rate
💡Reversible reaction
💡Law of mass action
💡Stoichiometric coefficients
💡Elementary reaction
💡Temperature dependence
💡Concentration at equilibrium
💡Heterogeneous equilibrium
💡Reaction displacement
Highlights
The relationship between the concentrations of products and reactants in a reversible reaction is known as the equilibrium constant.
Equilibrium is reached when the rate of the forward reaction equals the rate of the reverse reaction.
The equilibrium constant expression is written as the ratio of the concentrations of products to reactants, each raised to the power of their stoichiometric coefficients.
The equilibrium constant (K) depends only on temperature and is independent of the initial concentrations of reactants.
The equilibrium constant can indicate the direction in which a reaction is favored: if K > 1, products are favored; if K < 1, reactants are favored.
In an equilibrium reaction with a large K value, the reaction behaves almost like an irreversible reaction, with nearly complete conversion to products.
When K is very small, the reaction barely proceeds, and the concentration of reactants dominates in the equilibrium state.
For reactions expressed in different directions, the equilibrium constants are reciprocals of each other.
If the reaction is scaled (e.g., coefficients are multiplied), the equilibrium constant is raised to the corresponding power.
The equilibrium constant for a multi-step reaction is the product of the equilibrium constants for the individual steps.
In heterogeneous equilibria, only gaseous and dissolved species are included in the equilibrium expression; solids and pure liquids are not.
At equilibrium, the relative amounts of products and reactants can be predicted using the equilibrium constant expression.
The value of K provides insight into how far the reaction proceeds before reaching equilibrium.
In cases of heterogeneous reactions involving solids, the concentration of solids remains constant and is not included in the equilibrium constant expression.
The equilibrium constant for a given reaction can help predict the shift in equilibrium when temperature changes.
Transcripts
en el año 1864 google iba a llamarme
experimentalmente una relación entre las
concentraciones de los productos en el
equilibrio y las concentraciones de los
reactivos a dicha relación se la
denomina constante de equilibrio y se
simboliza como caso de vamos a deducir
la consideremos la siguiente reacción
reversible elemental
a mi idea
d
quedan temores desde más de mollen de
vemos efectivamente es una relación
reversible porque tenemos la doble fecha
que nos indica que puede ir tanto hacia
la derecha como a felicia hacia la
derecha tendrá una constante de
velocidad casi que hacia la izquierda
una constante de velocidad casa bien las
velocidades en cada uno de los sentidos
será la siguiente recordemos que hemos
visto en el tema de cinética química
cómo expresar la velocidad de una
reacción química en función de las
concentraciones hacia la derecha
tendremos velocidad
de velocidad
concentración ya ayunado aire por
concentración
elevando también es indicada en este
tema que si estamos en un proceso
elemental es decir que se lleva a cabo
en una única etapa coinciden estos
exponentes de la ecuación de velocidad
con los coeficientes éste kilométricos
como vamos a considerar esto que sí que
estamos entreacto en procesos
elementales lo que tendremos es
desigualdad
por la concentración de agua superficial
por concentración de veras
bien esto es para la reacción hacia la
derecha y hacia la izquierda tenemos
velocidad igual a la constante izquierda
concentraciones llegando a ser
por concentración de mano tenemos estas
velocidades pero una vez que alcanzamos
el equilibrio lo que ocurre es que las
velocidades se igualan los productos se
forman a la misma velocidad a la que se
están descomponiendo para dar nuevamente
los reactivos por tanto una vez
esta expresión de aquí es igual a esta
de aquí
por la concentración de a elevada
una nación
es útil
por 12
elegante ahora podemos pasar dividiendo
caso pi a este lado y todas estas cosas
que siente aquí las concentraciones de
aire van a pasar al otro lado también
t
es útil
igual a esto la concentración de f
el lance por concentración de d
y elevada de entre eso de aquí
concentración de ha elevado a
por concentración de de levante
el cociente de dos constantes de
velocidad que dependen únicamente de la
temperatura es también una constante
dependiente de la temperatura
es este cociente a lo que llamamos a la
muscular que es la constante
es decir podemos escribir
es igual a concentración
de productos
vemos que tenemos los productos en el
número y en el denominado las
concentraciones
de red tenemos con sus coeficientes
temáticos
esta expresión que nos indica la
relación que hay entre concentraciones
para calcular la constante en equilibrio
de una reacción es lo que se denomina
ley de acción de otras
la reelección de masas como vemos nos
indica que a una determinada temperatura
y si tenemos procesos elementales la
concentración el producto de las
concentraciones de los productos
elevados a sus coeficientes estéreo
métricos entre el producto de las
concentraciones de los reactivos
elevados también en sus coeficientes es
de que médicos nos daban valor constante
que denominamos que a su constante
declive como decíamos la constante de
equilibrio depende únicamente de la
temperatura y no depende de las
concentraciones iniciales que tengamos
de reactivos por ejemplo
entre ellos de gaseoso más seguido los
genomas de oso
no
cuál será la expresión de la constante
de equilibrio para esta relación
igual a concentración de los productos
que en este caso son los h
sus coeficientes de metro cuadrado en
concentración de los reactivos
concentración de y 2 como el coeficiente
éste tiene picos 1 no lo ponemos por
concentración de activos esta sería la
expresión de la constante equilibrio
para esta reacción y tenemos
a 298
para esta aviación tiene de 794
y el 2
tiene
tiene un valor de 160
y a 1100 geli
acaso se tiene un valor de 25 como vemos
únicamente depende de la temperatura y
nos indica de ningún caso cuáles son las
concentraciones iniciales de yodo y de
hidrógeno porque no depende de asimismo
también podemos fijarnos en tenemos
indicado que ningunas unidades aunque
estamos trabajando con concentraciones
molares y podríamos pensar que tenemos
que poner unidades por lo convertir las
constantes de zinc que se suelen poner
una magnitud a dimensional sin ninguna
unidad y por tanto aquí no hemos puesto
nada bueno también conviene incidir en
un inventario que es muy importante de
cara a la realización
y es que las concentraciones que tenemos
que poner en la expresión de la
constante de equilibrio son
concentraciones cuando el sistema ya ha
alcanzado el equilibrio es decir
nosotros introducimos inicialmente unos
reactivos en el recipiente en unas
determinadas concentraciones y estas
concentraciones no son las que debemos
poner en la constante de equilibrio sino
que debemos poner aquellas que tenemos
una vez que el sistema ha evolucionado
se han igualado las velocidades y se ha
alcanzado el equilibrio
esto lo vamos a ver en mayor profundidad
en los ejercicios resueltos
el valor de la constante de equilibrio
en una reacción química nos indica en
qué medida está desplazada hacia la
izquierda o hacia la derecha es decir si
cabe esperar que en el equilibrio
tengamos una mayor proporción de
productos o de reactivos así si lo que
tenemos es una casa para navegación
mayor que 1 como vemos aquí en la
expresión riegas usted si es mayor que 1
significa que este numerador es mayor
que el denominador si el numerador es
malo porque tenemos es una mayor
proporción de producto ofrecer y de
vivir por tanto con una resolución mayor
tiempo se espera que en el equilibrio
tengamos mayor cantidad de productos que
reactivos si en caso c es prácticamente
infinito o lo mismo es lo mismo que
decir que tenemos una constante de
equilibrio muy muy grande lo que ocurre
es que se va a ver es muchísimo mayor
está el numerador que el denominador y
por tanto prácticamente solo tenemos
producto
se comporta como si fuese una reacción
irreversible el alto dolor de trigo se
han transformado en productos y está
totalmente desplazada hacia la derecha
hacia la formación de productos
y es menor que 1 lo que nos indica es
que este numerador es menor que el
denominador por tanto hay un predominio
real y debe de reactivos tendremos más
reactivos de productos en el equilibrio
en ese caso se dice que la reacción está
desplazada hacia la izquierda hacia los
reactivos de acuerdo veamos unos
ejemplos concretos
aquí tenemos tres reacciones clínicas
con sus constantes de clean yum a 500
grados que la primera reacción de
descomposición de n2o 4 para dar dos
tecno dos vemos que su constante de
equilibrio entre puntos kevin es 42 esto
que nos indica como es mayor que 1
significa que se espera en el equilibrio
bueno en el equilibrio vamos a tener una
mayor concentración de no2 que
concentración del 24 como tenemos una
mayor concentración de no2 decimos que
la reacción está desplazada hacia la
derecha hacia los productos
esta segunda vez que tenemos casi igual
a 73 10 a la menos 13 es un valor muy
muy pequeño es una constante de
equilibrio
muy significante digamos eso significa
que apenas tiene lugar la reacción
cuando una constante equilibrio es muy
pequeña es una reacción que se produce
en muy poca medida por tanto la mayoría
de la concentración
vas a la zona de ceros aprenderás vamos
a tener como ustedes lo disociadores
decimos que la reacción está desplazada
hacia los reactivos hacia el izquierdo y
por último tenemos esta otra de asia el
hidrógeno más propiedad logro de
hidrógeno con una constante de
equilibrio de 4 por 10 a las 18 es una
constante enorme muy muy grande y eso
implica que prácticamente todo lo que
vamos a tener en el equilibrio es hcl
está muy desplazado hacia la derecha y
casi no vamos a tener moléculas mediante
2010 heridos porque esta constante es
muy grande de acuerdo por tanto el valor
de la constante de equilibrio nos indica
en qué medida se desplaza una reacción
en uno o en otro sentido cabe destacar
también que el valor de caso hace de una
reacción dependiente como ajustemos la
reacción química es decir del ajuste
éste kilométrico y del sentido de la
misma ambas constantes van a estar
relacionadas pero no van a ser la misma
imaginemos que tenemos una admiración
química y su recíproca
esa reacción
cuya constante de equilibrio que asuste
es igual a la concentración de aquí en
concentración de h2o en concentración
veloz
y ahora tenemos la reacción contraria es
decir que los reactivos sean
que se está descomponiendo
para dar
estos productos explican de esta forma
la constante de equilibrio será de la
siguiente forma le vamos a llamarla su
prima porque no es la misma reacción
exactamente y tendremos productos
concentraciones de 2
por concentración de 2
concentración de reactivos en este caso
es el h
elevamos al mar
como vemos estas constantes no son
iguales pero si hay una violación si
nosotros miramos esta constante de aquí
lo que tenemos es esto simplemente nos
tira de lado con denominado por tanto
cuando tenemos una reacción expresada en
un sentido y en el contrario las
constantes de equilibrio son recíprocas
quiere decir que el azufre es igual a 1
partido
expresadas de forma contraria girando
otra relación que podemos hallar entre
constancias
si nosotros tenemos la reacción ajustada
de forma distinta y para ajustarla de
forma distinta multiplicamos por un
coeficiente en esta misma transformación
queda en la constante de equilibrio pero
como exponente vamos a verlo
si nosotros tenemos la aviación
la ecuación misma hemos escrito hace dos
gaseoso más
y los gaseosos
para darnos
hasta la vamos a llamar a 1 y ahora
tenemos la misma reacción química pero
usada de forma distinta multiplicamos la
ecuación 1 por un medio entonces nos
queda un medio
de h2 gaseoso
más
de los gaseosos
y hemos ajustado de forma distinta
que la porción 2
es como multiplicar por un vídeo
la actuación de acuerdo bueno pues si
esta ecuación es decir una constante de
equilibrio casos y esta constancia de
equilibrio del que le llamamos caso
cetrina lo que ocurre es que el caso de
prima es igual a esta otra elevado a
alguien es decir casa de prima es igual
a su fe elevado a un valor el en este
caso el valor n es un medio porque hemos
multiplicado la ecuación 2 por un medio
la adecuación 1 por un medio para que
nos dé la ecuación 2 y por tanto este
valor de n es medio y la relación
existente entre estas constantes en los
dos útil y dios está su elevada aún del
mismo modo si lo hubiésemos puesto al
revés y esta reacción estuviese
multiplicará por medio de ésta por 2 y n
valiese 2 pues nos quedaría elevado al
cuadrado de acuerdo por tanto la
constante de equilibrio
de como ajustemos una relación puede ser
por tanto que en un ejercicio en el que
no nos den la persona ajustada un alumno
de ajuste de una forma otro alumno de
ajuste de otra el zaira un valor de
constante distinto y no significa que
ninguno de los dos ejercicios esté mal
es que han hecho un ajuste este que
métrico diferente de acuerdo y por
último tenemos otra relación
entre las constantes de equilibrio
que es similar a la que vimos
acción
cuando tenemos un proceso en diferentes
etapas orígenes
imaginemos que tenemos la reacción entre
el hidrógeno
más el oxígeno
para producirlo
y que esta reacción tiene una constante
de equilibrio caso
ahora tenemos otra reacción que es la
descomposición del co2
más un medio de oros
y que esta reacción tiene una constante
de equilibrio
si sumamos al más
ácidos
gas más un medio de o dos más más co2
para eso
más de dos
y bueno como vemos esta reacción de aquí
es la suma de estos otros dos
equilibrios de esta primera y de esta
segunda pues si esta reacción que es la
suma de ambas tiene una constante a sus
dos prima está constante es igual al
producto de las dos reacciones que hemos
sumado para conseguirla es decir este
caso cero es prima es igual a las uc por
las uc prima no le suma el producto
la relación global de una mostrando y
vídeo es igual a un producto de las dos
reacciones para sea desacuerdo esta es
la última real relación que podemos
poner entre las constantes de de
reacciones expresadas de formas
distintas bueno también para indicar que
cuando tenemos un equilibrio heterogéneo
recordemos con equilibrio heterogénea
que entiendo todos los productos y
reactivos se hallan en el mismo estado
de aplicación en la expresión de casos
sólo incluidos los compuestos que están
en estado gaseoso y los que están
disueltos no incluimos los líquidos
puros ni tampoco los sólidos porque
consideramos que sus concentra
permanecen invariables y entonces se
incluyen en el valor de la constante así
si tenemos por ejemplo la función
el vídeo
entre los clientes de sólidos que se
descomponen para dar
los signos de cálculos y desprender
diversidad de carbono como menos
arbitrario son sólo aquí tenemos otros
sólidos
el único box es el dióxido de carbono
pues solo el dióxido de carbono es el
producto que se tiene en cuenta en la
constancia de equilibrio y vamos a
obviar tanto este compuesto como este
por ser sólidos así para esta reacción
química
la expresión de casos de sería
simplemente la concentración del único
que haya estado gaseoso y secciones bajo
su coeficiente éste kilométrico que suma
y no hacer carta formal por tanto para
una reacción química en la que tenemos
sólidos obtenemos líquidos puros no los
vamos a incluir en la constante de clics
simplemente vamos a escribir esto
ah
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