Durante un proceso químico, el equilibrio químico se refiere al estado en el que las concentraciones de reactivos y productos no tienen tendencia a fluctuar con el tiempo. Cuando las velocidades de reacción directa e inversa son iguales, se dice que una reacción química está en equilibrio químico. El estado se conoce como equilibrio dinámico y la constante de velocidad se conoce como constante de equilibrio porque las velocidades son iguales y no hay cambio neto en las concentraciones de los reactivos y productos. Veámoslo más a fondo.
Considere la reacción reversible universal: A + B ⇌ C+ D .
Al principio (es decir, en el tiempo t = 0), la absorción de A y B es consumada y la absorción de C y D es mínima (igual a cero porque finalmente no se forman C ni D). A medida que avanza la reacción, la atención de A y B se reduce con el tiempo, mientras que se agrega la atención de C y D. Por lo tanto, la velocidad de la reacción de avance disminuye mientras que la velocidad de la reacción de retroceso continúa aumentando.
Eventualmente, llega una etapa en la que la tasa de respuesta alentadora se vuelve igual a la tasa de reacción hacia atrás. También se dice que la reacción está en un estado de equilibrio químico. La interpretación de las velocidades de reacción con el tiempo y eventualmente el logro del equilibrio químico pueden representarse en forma de diagrama.
Los siguientes ejemplos ilustran cómo se logra el equilibrio:
- Descomposición de carbonato de calcio en un recipiente cerrado,
- Descomposición de N 2 O 4 en un recipiente cerrado,
- Combinación de H 2 e I 2 para formar HI, y
- Reacción entre nitrato férrico y solución de tiocianato de potasio.
Ley del Equilibrio Químico
La Ley del Equilibrio Químico es un resultado que se obtiene al aplicar la Ley de Acción de Masas a una reacción reversible en equilibrio. Por ejemplo, considere la reacción reversible general,
A + B ⇌ C+ D
En el equilibrio, suponga que las masas activas de A, B, C y D se representan como [A], [B], [C] y [D] respectivamente. Aplicando la Ley de Acción de Masas,
La velocidad a la que A y B reaccionan juntos, es decir
Velocidad de la reacción directa ∝ [A] [B] = k f [A] [B]
- donde k f podría ser una constante de proporcionalidad y se denomina constante de velocidad para la reacción directa.
De manera similar, la velocidad a la que C y D reaccionan juntos, es decir,
Velocidad de la reacción hacia atrás ∝ [C] [D]= k b [C] [D]
- donde k b representa la constante de velocidad para la reacción hacia atrás.
En equilibrio,
Velocidad de reacción directa = Velocidad de reacción inversa
Por eso,
kf [A][B] = kb [ C][D] o ([C][D])/([A][B]) = kf / kb = K
A temperatura constante, como k f y k b son constantes, por lo tanto, k f / k b = K también es constante a temperatura constante y se llama constante de equilibrio.
Nuevamente, considere la reacción reversible además universal.
producciones se escriben en el numerador y aquellas
aA + bB +…… ⇌ xX+yY + …
Aplicando la Ley de Acción de Masas, como antes, obtenemos
[X] x [Y] y /[A] a [B] b = K o K c
- donde K es la constante de equilibrio. Es constante a temperatura estacionaria.
Equilibrio constante
La ecuación matemática antes mencionada se llama la Ley del Equilibrio Químico. dicho en palabras, puede resumirse de la siguiente manera:
El producto de las concentraciones molares de los productos, cada uno elevado a la potencia adecuada a su coeficiente estequiométrico, dividido por el producto de las concentraciones molares de los reactivos, cada uno elevado a la potencia adecuada a su coeficiente estequiométrico, es constante a temperatura constante y se denomina como constante de equilibrio.
Es convencional usar K. para la constante de equilibrio elevada en términos de concentraciones. Donde no hay desconfianza de que K sea en términos de concentración, c se desprecia.
Para las reacciones en fase gaseosa (es decir, cuando los reactivos y los productos son gaseosos), la constante de equilibrio se puede expresar como concentraciones en moles por litro o en términos de presiones parciales de los reactivos y productos. si se expresa en términos de presiones parciales. Sin embargo, se denota por K p , por lo que si A, B, X e Y son gaseosos, puede ser:
K PAG = (P X x . P Y y )/(PAG un . PAG segundo segundo )
Donde P A P B , P X y P Y son las presiones parciales de A, B, X e Y independientemente en la amalgama de reacción en equilibrio. Puede observarse que las presiones en la citada ecuación están expresadas en atmósferas o bares o pascales (en unidades SI).
Características de la constante de equilibrio
Algunas de las características más importantes de la constante de equilibrio son las siguientes:
- El valor de la constante de Equilibrio para una reacción individual siempre es constante y depende exclusivamente de la temperatura de la reacción y es autosuficiente de las concentraciones de las reacciones con las que comenzamos o la dirección a partir del Equilibrio se obtiene.
- Si se invierte el valor de la constante de Equilibrio Si se cambia la reacción.
- Sin embargo, la constante de equilibrio para la ecuación sustituta es la raíz cuadrada de K (es decir, √K), si la ecuación se divide por 2.
- La constante de equilibrio para la nueva ecuación es el cuadrado de K (es decir, K 2 ) si la ecuación se multiplica por 2.
- Si la ecuación se raya en dos pasos también K 1 × K 2 = K .
- El valor de la constante de equilibrio no se ve afectado por la extensión del catalizador a la reacción.
Efecto de la temperatura sobre la constante de equilibrio
El valor numérico de la constante de equilibrio para una reacción individual es estable siempre que su temperatura se mantenga estable. Es una realidad bien entendida que la velocidad de una reacción química aumenta con el aumento de la temperatura.
Aún así, la terminación de este aumento de velocidad depende de la energía de activación de la reacción. más, dado que la energía de activación para las reacciones hacia adelante y hacia atrás son dispares, por lo que un incremento de temperatura presentado aumentará la velocidad de las reacciones hacia adelante y hacia atrás en diferentes grados. Términos indistinguibles, los valores de las constantes de velocidad para las respuestas de avance y retroceso. es decir, k b y cambiará con un aumento o descenso dado de la temperatura.
Además, dado que K = kf / kb , el valor de la constante de equilibrio (K) cambiará, es decir, se alterará el estado de equilibrio. Por lo tanto, concluimos que la constante de equilibrio para las reacciones individuales fluctúa con la temperatura. Además, se ha encontrado que el valor de la constante de equilibrio de una reacción endotérmica aumenta (kf aumenta más que kb ) y el de una reacción exotérmica disminuye (kb aumenta más que kf ) con la elevación de la temperatura. Para reacciones que tienen un calor de reacción cero, la temperatura no tiene ningún efecto secundario sobre el valor de K.
Factores que afectan el equilibrio
- Cambio de concentración de cualquier producto o reactivo.
- Cambio de temperatura del sistema
- Cambiar la presión del sistema.
- Adición de catalizador
- Adición de gas inerte.
Problemas de muestra
Problema 1: A 773 K, la constante de equilibrio K c para la reacción, N₂ (g) + 3 H₂ (g) ⇌ 2 NH 3 (g) es 6,02 x 10 -2 L² mol – ². Calcular el valor de K p a la misma temperatura.
Solución:
△n gramo = 2-4=-2
K pag = K c (RT) △n
= 6,02 × 10 -2 L² mol – ²× (0,0821 L atm K – ¹ mol – ¹ × 773 K) -2
= 1,5 × 10,5 atm -2
Problema 2: Para el equilibrio, 2 NOCI (g) ⇌ 2 NO(g) + Cl₂ (g), el valor de la constante de equilibrio, K c es 3.75 x 10 -6 a 1069 K. Calcular K p para la reacción a esta temperatura
Solución:
△n=(2+1)-2= 1
Kp = Kc (RT) △n = (3,75 × 10 -6 )( 0,0831 × 1069)
= 3,33 × 10 -4
Problema 3: Se obtuvieron las siguientes concentraciones para la formación de NH 3 a partir de N 2 y H 2 en equilibrio a 500 K: [N 2 ]=1.5× 10 -2 M, [H 2 ] = 3.0 x 10 -2 × M y [NH 3 ] = 1,2 × 10 -2 M.
Solución:
La reacción de equilibrio es :N 2 (g)+3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g)
Kc = [NH 3 ] 2 / [N 2 ][H 2 ] 3
= (1,2 × 10 -2 ) 2 /(1,5 × 10 -2 )(3,0 × 10 -2 ) 3
= 3,55 × 10 2
Problema 4: Para una reacción en equilibrio, las constantes de velocidad para la reacción directa e inversa son 2,38 x 10 -4 y 8,15 x 10 -5 respectivamente. Calcular la constante de equilibrio de la reacción.
Solución:
Constante de equilibrio K= k f /k b = (2,38 x 10 -4 )/(8,15×10 -8 )= 2,92
Problema 5: El valor de K, para la reacción, 2 AB + C es 2.0 × 10³ En un momento dado, la composición de la mezcla de reacción es [A] = [B] = [C] = 3 × 10.4 M En la cual dirección, la reacción procederá?
Solución:
Para la reacción dada. Qc = [B][C]/[A ] 2
=(3 x 10 -4 )(3 x 10 -4 )/ (3 x 10 -4 ) 2 =1
Por lo tanto, Q c > K c Por lo tanto, la reacción procederá en la dirección hacia atrás.
Problema 6: En el equilibrio, CaCO 3 (s) ⇌ CaO (s) + CO₂ (g), a 1073 K, se encuentra que la presión de CO₂ es de 2,5 x 10 Pa. ¿Cuál es la constante de equilibrio de esta reacción a 1073 K?
Solución:
Con referencia a la presión de estado estándar de 1 bar, es decir, 10 5 Pa,
K p = p CO₂ = 2,5 × 10 4 Pa/p 0
= (2,5 × 10 4 Pa)/10 5 Pa
= 0,25
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por amitverma2d y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA