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UNIVERSIDAD DEL VALLE DE MÉXICO

"POR SIEMPRE RESPONSABLE DE LO QUE SE HA cultivado"

 

 

 

EQUILIBRIO HETEROGÉNEO

"Constantes de Equilibrio Químico"

 

 

 

 

Ing. Federico Soto Salas

 

Constante de Equilibrio K

Manejo de las constantes de Equilibrio

Kp

Kc

Kx

Factores que Afectan la Constante de Equilibrio

Cambio de Concentración

Cambio de Temperatura

Cambio de Presión

Fugacidad

Fuentes bibliográficas

 

 

CONSTANTE DE EQUILIBRIO K

 

"Dada la reacción:

aA + bB                cC + dD

Se define a la constane de equilibrio K como:                                                                     

Donde los superíndices en minúsculas denotan coeficientes estequiométricos y cada mayúscula representantes Una especie química. El símbolo [A] representantes de la concentración de A Relativa a su estado estándar. Por definición, una reacción está favorecida siempre que k> 1. "1

Cabe recordar que al Evaluar una constante de equilibrio, hay que Tener en cuenta que: Las concentraciones de los solutos Deben ser Expresadas en mol / L,  Las concentraciones de los gases de efecto Deben expresarse en las ATM y Concentraciones der los sólidos y líquidos puros se omiten hijo Porque iguales a 1.

Estas convenciones Arbitrarias hijo, p'ero Deben seguirse al usar los datos Tabulados de constantes de equilibrio, los Potenciales se Reducen y las energías libres.

ES IMPORTANTE También recordar que las constantes de equilibrio hijo de un dimensionales, pero, al especificar Las concentraciones se Debe usar molaridad (M) para solutos y atmósferas (ATM) para los gases.

 

Manejo de las Constantes de Equilibrio

 

Consideramos la reacción:

HA           H+ + A--                                   

   

Se invierte la dirección de la reacción, el valor de la nueva constante es simplemente inverso al valor original de K.

K0 de la reacción inversa.             H+  + A--          HA

Si se suman dos reacciones, la nueva constante es el producto de los dos valores individuales de las constantes.

 

Constante de equilibrio de la suma de las reacciones:

"Si se suman reacciones n, la constante de equilibrio mundial es el producto de las n constantes individuales de equilibrio".1

 

KP

 

En el equilibrio, La relación entre las Presiones parciales Se mantiene constante Mientras no cambie la temperatura. A esta Relación entre las Presiones parciales se le denomina constante termodinámica de equilibrio:

La constante termodinámica de equilibrio Kp, es un número que no tiene unidades, es decir es adimensional, es y Función exclusiva de la temperatura (Kp = f (T)), Porque es ΔG ° Función exclusiva de la temperatura.

Determinar Es posible la constante de equilibrio para una reacción química Kp a partir de ΔG⁰, Obteniendo Energías de Gibbs de formación estándar de los integrantes de la reacción, quedando la siguiente ecuación:

ΔG ° = - R T ln Kp

La constante de equilibrio termodinámico tambien puede expresarse como:

 

Kc

La constante de equilibrio Puede Tener Diferentes expresiones de un Acuerdo como se indique la Cantidad de productos y reactantes. Si La Cantidad de reactantes y productos se indica en Función de las Concentraciones molares la constante de equilibrio se Expresa como KC:

 

 

Para los gases común es trabajar con las Presiones parciales de cada gas es una mezcla. La forma matemática es la misma.

 

 

Es posible conocer la composición de equilibrio de una mezcla de los gases ideales, para esto se relacionan tanto como Kc Kp de la siguiente forma:

 

Para una reacción química:

 

N2O4 (g) = 2 NO2(g)

 

Podemos Expresar la constante de equilibrio en Función de las Presiones parciales

 

Recordemos que para los gases ideales:

 

P V = n T R

 

Lo cual Puede escribirse como:

P = (n / V) R T

 

Tomando en cuenta que La relación (n / V) es una expresión de concentración molar que se podria Representar como [], que inferirse puede ser:

 

P = [R] T

 

Llevada La Cual de las Naciones Unidas un gas ideal A una mezcla de los gases ideales, queda:

 

PUn = [A] R T

 

Y ahora aplicado para el caso de la reacción considerada:

 

 

 

Sustituyendo en la expresión de Kp:

 

 

La relación entre las Concentraciones Molares ya la Definimos como:

 

Entonces queda:

 

Expresado de otra Manera

Kp = Kc (R T)2 (R T)-1

 

Agrupando

Kp = Kc (R T)(2-1)

 

Donde el exponente "2" es el número de moles del producto de la reacción y el exponente "1" es el número de moles del reactantes. Lo expresamos en forma general como Δn(gas)

Kp = Kc (R T)Δn (gas)

 

Donde

Δn(gas) N = (Σp - Σ nr )gases

 

Aplicando esta expresión general para la reacción química que estamos considerando

 

Δn(gas) = 2 moles - 1 moles = 1 mol

 

Remplazando en la expresión queda:

 

Kp = Kc (R T)1

Kp = Kc T R

 

Permite que relacionar con Kp Kc conociendo la constante de los gases y la temperatura para la reacción química considerada.

En forma general,

 

Kp = Kc (R T)Δn (gas)

 

Donde Kp y Kc Exclusivamente dependencias de la temperatura.

 

 

Kx

 

 

 

También podemos Calcular Kx si conocemos o Kp vicevers que, mediante la ley de Dalton de las Presiones parciales, Que Establece que la presión parcial de un gas es una mezcla de gases es igual a la presión total multiplicada por la fracción molar de ese gas.

 

De la ley de Dalton:

 

PUn = Pt XUn

 

Aplicado a la reacción química con Queda la que hemos TRABAJADO previamente,:

 

P2NO = Pt X 2NO

 

PN = P42Ot X 42ON

 

Luego si reemplazamos en la expresión de Kp:

 

 

Agrupando términos como hicimos anteriormente

 

 

La relación entre las fracciones molares es Kx, El exponente de la presión total es la diferencia entre el número de moles de los productos y los reactantes al estado gaseoso.

 

Kp = P Kxt Δn (gas)

 

"ES IMPORTANTE Considerar la dependencia de Cada Una de las constantes de equilibrio y esta dependencia se Debe relacionar con las expresiones de las constantes vistas anteriormente.

Kp → Depende de la temperatura Kp = f (t)

Kc → Depende de la temperatura Kc = f (t)

Kx → Depende de la temperatura y de la presión total Kx = f (T, P)

Porque en la expresión Kp Y también está la presión total ".2

 

 

 

Factores que Afectan LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO

 

El cambio de cualquiera de los Factores:

Ø  Presión

Ø  Temperatura

Ø  Concentración de los productos y / o reactivos

Puede ocasionar que una reacción química evolucione en uno u otro sentido hasta Alcanzar un nuevo estado. Todos los cambios que Afectan el estado de equilibrio son predecibles según el principio de Le Chatelier.

 

Cambio de Concentración

Supongamos el siguiente sistema:

 

A + B             C + D

Si se Aumenta la concentración de alguno de los reactivos, A Por ejemplo, la reacción se favorece, de modo que se tiende a consumir el reactivo de concentración alcalde. Al haber más reactivo A, la velocidad de reacción hacia los productos Aumenta, y como en el estado de equilibrio las velocidades de reacción son iguales en ambos sentidos, se producirá un desplazamiento de la reacción hacia los productos. Es decir, se formara una Mayor cantidad de C y D, volver HASTA A un estado de equilibrio.

 

Cambio de Temperatura

Cuando en un equilibrio químico se Aumenta la temperatura, el sistema Tiende a oponerse al cambio, desplazándose en el sentido que haya absorción de calor, esto es, favoreciendo la reacción endotérmica. Por el contrario, al Disminuir la temperatura, el sistema producirá una reacción exotérmica, generando calor.

 

Cambio de Presión

Solo Esto Afecta el equilibrio Cuando Existen especies gaseosas en el sistema y se produce un cambio en el número de moles entre los reactivos y los productos. En ese caso, un Aumento de presión favorecería la reacción que implique una Disminución de volumen. En cambio, si se Disminuye la presión, se favorecerá un Aumento de volumen en los productos que el alcalde de los reactivos.

 

Fugacidad

 

La Fugacidad Esencialmente es una seudo presión. Si la presión se Sustituye por la Fugacidad, es posible, en efecto, MISMAS Emplear las ecuaciones para gases reales que Normalmente se Utilizan para los gases ideales. El concepto de Fugacidad Puede definirse de la siguiente forma:

 

Considérese La relación

Una constante de temperatura:

Para un gas ideal de escribirse esta última ecuación puede ser:

(ln P)T

Y de las Naciones Unidas para el gas real, con la ecuación de estado , Esta ecuación Se convierte en:


(ln P)T

La Fugacidad, f, Se define como:


(ln f )T

Se deduce de estas dos últimas ecuaciones:

 

Se deduce que:

 

 

 

 

FUENTES

 

1 --      Wark Keneth & E. Richards, Donald "Termodinámica", 6 ª edición, Ed. Mc Graw Hill, Madrid 2001.

2 --      Daniel C. Harris "Análisis Químico Cuantitativo", 2 ª edición; Ed.Reverté SA, España 2001.

3 --      G Daub William & William S. Seese "Química" 7 ª edición, Ed. Pearson Educación, 1996 Edo. de Mex.

4 --      www.hiru.com/es/kimika/kimika_01300.html

 

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