miércoles, 5 de agosto de 2015

Fisicoquímica

Constantes químicas

En una reacción química en general:
\alpha A +\beta B ... \rightleftharpoons \sigma S+\tau T ...
la constante de equilibrio puede ser definida como1
K=\frac{{\{S\}} ^\sigma {\{T\}}^\tau ... } {{\{A\}}^\alpha {\{B\}}^\beta ...}
donde {A} es la actividad (concentración molar x coeficiente de actividad) y α el coeficiente estequiométrico de la sustancia química A y así sucesivamente. Es solo una convención el poner las actividades de los productos como numerador y de los reactivos como denominadores.- ................................................................:https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=a75d7d35869814af700222943bd8c1b85cb3dc81&writer=rdf2latex&return_to=Constante+de+equilibrio

Constante de equilibrio

En el equilibrio las concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes en determinadas condiciones de presión y temperatura. A la relación que hay entre estas concentraciones, expresadas en molaridad [mol/L], se le llama constante de equilibrio.
El valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del sistema, por lo que siempre tiene que especificarse. Así, para una reacción reversible, se puede generalizar:

aA   +   bB      2       cC   +   dD

                                              [C]c [D]d
                                   Keq =  ▬▬▬▬     
                                              [A]a [B]b

En esta ecuación Keq es la constante de equilibrio para la reacción a una temperatura dada.Ésta es una expresión matemática de la ley de acción de masas que establece: para una reacción reversible en equilibrio y a una temperatura constante, una relación determinada de concentraciones de reactivos y productos tiene un valor constante Keq.
En el equilibrio, las concentraciones de los reactivos y productos pueden variar, pero el valor de  Keq permanece constante si la temperatura no cambia.
De esta manera, el valor de la constante de equilibrio a una cierta temperatura nos sirve para predecir el sentido en el que se favorece una reacción, hacia los reactivos o hacia los productos, por tratarse de una reacción reversible.
Un valor de Keq > 1, indica que el numerador de la ecuación es mayor que el denominador, lo que quiere decir que la concentración de productos es más grande, por lo tanto la reacción se  favorece hacia la formación de productos. Por el contrario, un valor de Keq < 1, el denominador es mayor que el numerador, la concentración de reactivos es más grande, así, la reacción se favorece hacia los reactivos.
Conocer el valor de las constantes de equilibrio  es muy importante en la industria, ya que a partir de ellas se pueden establecer las condiciones óptimas para un proceso determinado y obtener con la mayor eficiencia el producto de interés.
Cuando todos los reactivos y productos están en disolución, la constante de equilibrio se expresa en concentración molar [moles/L]. Si se encuentran en fase gaseosa es más conveniente utilizar presiones parciales (P). Los sólidos y los líquidos puros no intervienen en la constante, por considerar que su concentración permanece constante. Generalmente al valor de la constante no se le ponen unidades.

                                              [C]c [D]d
                         Keq =  Kc =    ▬▬▬▬
                                              [A]a [B]b

                                              (Pc)c (Pd)d
                         Keq =  Kp =    ▬▬▬▬
                                              (Pa)a (Pb)b

1Una mezcla de hidrógeno y nitrógeno reaccionan hasta alcanzar el equilibrio a 4720C. Al analizar la mezcla de gases en el equilibrio se encuentra que la presión ejercida por el hidrógeno es 7.38 atm, la del nitrógeno es 2.46 atm y la del amoniaco 0.166 atm. Calcular el valor de la constante de equilibrio de acuerdo a la siguiente reacción:

N2(g)   +   3H2(g)     1   2NH3(g)


                                                   (Pc)c (Pd)d
                               Keq =  Kp =   ▬▬▬▬
                                                   (Pa)a (Pb)b


                                                      (NH3)2              (0.166)2
                               Keq =  Kp =   ▬▬▬▬   =   ▬▬▬▬▬▬
                                                    (N2) (H2)3       (2.46) (7.38)3
                                
                               Keq =  Kp =   2.79 x 10-5

Como el valor de K < 1, a 472 0C la concentración de los reactivos es mayor.

1A 400 0C, una mezcla en el equilibrio contiene 0.8 mol/L de ácido yodhídrico y 0.4 mol/L de yodo. ¿Cuál es la concentración de hidrógeno en el equilibrio si a ésta temperatura el valor de Keq es 0.0156? La reacción es:

2HI(g)     1       H2(g)   +   I2(g)


                                                       [C]c [D]d
                                 Keq =  Kc =    ▬▬▬▬
                                                       [A]a [B]b

                                                       [H2] [I2]   
                                 Keq =  Kc =    ▬▬▬▬
                                                          [HI]2


                                                      [H2] [0.4]   
                                 Keq =  Kc =    ▬▬▬▬ = 0.0156
                                                          [0.8]2


                                             0.0156x0.64  
                                 [H2] =   ▬▬▬▬▬▬ = 2.5 x 10-2 mol/L
                                                     0.4


1Establecer las expresiones de equilibrio para las reacciones:


a) C(s)   +   H2O(g)     1      CO(g)   +   H2(g)  

b) CaCO3(s)      1       CaO(s)   +   CO2(g)

c) 2NO2(g)      1      N2O4(g) 

Resolver:
Para la reacción en equilibrio a 230 0C:

                                   2NO(g)   +   O2(g)      1     2NO2(g)


La concentración en el equilibrio para el monóxido de nitrógeno es 0.0542 mol/L, para el oxígeno 0.127 mol/L y para el dióxido de nitrógeno 15.5 mol/L. Calcular el valor de la constante de equilibrio a esta temperatura.





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