Facultad De Ingeniera QumicaEquilibrio Qumico Molecular
I. INTRODUCCIN
Antes de entrar a fondo sobre este tema propongamos un ejemplo
tpico encontrado en la naturaleza:En un frasco cerrado que contiene
agua liquida a 25C y a medida que transcurre el tiempo se observa
que el volumen del agua disminuye. Que sucedi? Parte del lquido se
evapor, lo que hizo que el volumen del lquido disminuyera. Qu es lo
que se tiene en el frasco? Una mezcla de dos fases (lquido-vapor).
Luego de cierto tiempo, se podr observar que el volumen del agua
lquida ya no vara, Cul es la razn? No vaya a pensar que el agua dej
de evaporarse, todo lo contrario, el agua sigue desarrollando un
cambio fsico reversible, en donde las velocidades de evaporacin y
condensacin son iguales, esto quiere decir que se ha establecido el
equilibrio dinmico entre las dos fases (lquido-vapor).
Teniendo en cuenta este pequeo concepto, podemos ver pues la
importancia del equilibrio qumico, en el laboratorio o en la
industria, es que permite predecir las condiciones de presin,
temperatura y concentracin para aumentar el rendimiento de una
reaccin. El mximo rendimiento esta limitado por el equilibrio, la
comprensin de este y los factores que lo alteran son esenciales en
la planeacin de las condiciones de la reaccin qumica para que los
procesos industriales permitan una combinacin ptima de alto
rendimiento y bajo costo. Por otra parte la constante de equilibrio
es un parmetro que proporciona al qumico mucha informacin
cualitativa y cuantitativa sobre el grado de conversin de la
reaccin y le permite predecir si la reaccin es realizable.
II. OBJETIVOS Analizar el sentido de direccin de los reactivos y
productos. Hallar las moles de equilibrio Estandarizar los cidos y
bases correctamente para una buena exactitud. Determinar la
constante de equilibrio, K , de la reaccin de esterificacin
siguiente:
CH3COOH + C2H3OH CH3COO C2H3 + H2O
III. FUNDAMENTO TEORICO
El equilibrio qumico es una reaccin que nunca llega a
completarse, pues se produce simultneamente en ambos sentidos (los
reactivos forman productos, y a su vez, stos forman de nuevo
reactivos). Es decir, se trata de un equilibrio dinmico.Cuando las
concentraciones de cada una de las sustancias que intervienen
(reactivos o productos) se estabiliza, es decir, se gastan a la
misma velocidad que se forman, se llega al EQUILIBRIO QUMICO.
Variacin de la concentracin con el tiempo (H2 + I2 2
HI)Equilibrio qumicoTiempo (s)[HI][I2][H2]ley de accin de masas.
Constante de equilibrio (Kc)Para una reaccin cualquiera (a A + b B
+ c C + d D +...) se define la constante de equilibrio (KC) de la
siguiente manera:
iendo las concentraciones medidas en el equilibrio (no confundir
con las concentraciones iniciales de reactivos y productos). Se
denomina constante de equilibrio, porque se observa que dicho valor
es constante (dentro un mismo equilibrio) si se parte de cualquier
concentracin inicial de reactivo o producto.
En la reaccin anterior: H2(g)+ I2(g)2 HI (g)
El valor de KC, dada su expresin, depende de cmo se ajuste la
reaccin. Es decir, si la reaccin anterior la hubiramos ajustado
como: H2(g) + I2(g) HI (g),la constante valdra la raz cuadrada de
la anterior. La constante KC cambia con la temperatura.Constante de
equilibrio (Kp). Relacin con KC.En las reacciones en que
intervengan gases es ms sencillo medir presiones parciales que
concentraciones. As en una reaccin tipo: a A + b B c C + d D, se
observa la constancia de Kp viene definida por:
En la reaccin: 2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g)
De la ecuacin general de los gases: se obtiene:
Vemos, pues, que KP puede depender de la temperatura siempre que
haya un cambio en el n de moles de gases
Donde n = incremento en n de moles de gases (nproductos
nreactivos)Magnitud de Kc y KpEl valor de ambas constantes puede
variar entre lmites bastante grandes.Grado de disociacin (.)Se
utiliza en aquellas reacciones en las que existe un nico reactivo
que se disocia en dos o ms molculas ms pequeas. Es la fraccin de un
mol que se disocia. En consecuencia, el % de sustancia disociada es
igual a 100.Relacin entre Kc y QSea una reaccin A B + C.Si llamamos
c = [A]inicial y suponemos que en principio slo existe sustancia A,
tendremos que:Cociente de reaccin (Q)En una reaccin cualquiera: a A
+ b B c C + d D se llama cociente de reaccin a:
Tiene la misma frmula que la KC pero a diferencia de sta, las
concentraciones no tienen porqu ser las del equilibrio.1. Si Q = Kc
entonces el sistema est en equilibrio.1. Si Q < Kcel sistema
evolucionar hacia la derecha, es decir, aumentarn las
concentraciones de los productos y disminuirn las de los reactivos
hasta que Q se iguale con KC.1. Si Q > Kcel sistema evolucionar
hacia la izquierda, es decir, aumentarn las concentraciones de los
reactivos y disminuirn las de los productos hasta que Q se iguale
con KC.
Modificaciones del equilibrioSi un sistema se encuentra en
equilibrio (Q = Kc) y se produce una perturbacin:1. Cambio en la
concentracin de alguno de los reactivos o productos.1. Cambio en la
presin (o volumen).1. Cambio en la temperatura.El sistema deja de
estar en equilibrio y trata de volver a l.Cambio en la concentracin
de alguno de los reactivos o productos. Si una vez establecido un
equilibrio se vara la concentracin algn reactivo o producto el
equilibrio desaparece y se tiende hacia un nuevo equilibrio.Las
concentraciones iniciales de este nuevo equilibrio son las del
equilibrio anterior con las variaciones que se hayan
introducido.Lgicamente la constante del nuevo equilibrio es la
misma, por lo que si aumenta la concentracin de algn reactivo,
crecera el denominador en Q, y la manera de volver a igualarse a KC
sera que disminuyera la concentracin de reactivos (en cantidades
estequiomtricas) y, en consecuencia, que aumentasen las
concentraciones de productos, con lo que el equilibrio se
desplazara hacia la derecha, es decir, se obtiene ms producto que
en condiciones iniciales.De la manera, en caso de que disminuyera
la concentracin de algn reactivo: disminuira el denominador en Q, y
la manera de volver a igualarse a KC sera que aumentase la
concentracin de reactivos (en cantidades estequiomtricas) y, en
consecuencia, que disminuyesen las concentraciones de productos,
con lo que el equilibrio se desplazara hacia la izquierda, es
decir, se obtiene menos producto que en condiciones
iniciales.Anlogamente, podra argumentarse que, si aumentase la
concentracin de algn producto, el equilibrio se desplazara a la
izquierda, mientras que si disminuyese, se desplazara hacia la
derecha.Cambio en la presin (o volumen)En cualquier equilibrio en
el que haya un cambio en el nmero de moles en sustancias gaseosas
entre reactivos y productos, como por ejemplo en reacciones de
disociacin del tipo: A B + C, ya se vio que KC c x 2 Al aumentar p
(o disminuir el volumen) aumenta la concentracin y eso lleva
consigo una menor , es decir, el equilibrio se desplaza hacia la
izquierda que es donde menos moles hay.Este desplazamiento del
equilibrio al aumentar la presin, hacia donde menos moles de
sustancias gaseosas, es vlido y generalizable para cualquier
equilibrio en el que intervengan gases. Lgicamente, si la presin
disminuye, el efecto es el contrario.Cambio en la temperatura.Se
observa que, al aumentar T, el sistema se desplaza hacia donde se
consuma calor, es decir, hacia la izquierda en las reacciones
exotrmicas y hacia la derecha en las endotrmicas.Si disminuye T el
sistema se desplaza hacia donde se desprenda calor (derecha en las
exotrmicas e izquierda en las endotrmicas). Principio de Le
Chatelier. Variaciones en el equilibrioUn cambio o perturbacin en
cualquiera de las variables que determinan el estado de equilibrio
qumico produce un desplazamiento del equilibrio en el sentido de
contrarrestar o minimizar el efecto causado por la
perturbacin.RELACIN ENTRE LA VARIACIN DE ENERGA LIBRE DE GIBBS, Y
LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO.La variacin de Energa Libre de Gibbs y
la constante de equilibrio estn ntimamente ligadas entre s a travs
de la siguiente ecuacin:
Donde R es la constante de los gases, T la temperatura absoluta,
y Kc la constante de equilibrio.
IV. Materiales Materiales: Matraz Bureta Soporte universal Vasos
precitados
Reactivos: Biftalato Acetato de metilo
Fenoftaleina
V. PARTE EXPERIMENTALPreparacin del NaOH 1.7N
Preparar nuestra solucin de150ml 1.7N en una fiola. Pesar 5gr
dey disolverlo en un vaso precipitado. Completamos los 250 ml con
agua destilada
Estandarizacin:
Lo estandarizamos usando biftalato acido de potasio (FHK)
Disolvemos un volumen de 0.4 0.5 g de biftalato acido de potasio en
agua destilada Medimos el volumen de NaOH gastado para su
neutralizacin Caculamos la verdadera concentracin de nuestra
base
Donde:: Masa del acido solido agregado : Masa equivalente del
acido de potasio = 0.20422 eq/g: Volumen de NaOH gastado
Preparacin de HCl 0.5N Preparar nuestra solucin de 200ml 0.5N en
una fiola. Agregamos 3.65ml del acido concentrado Completamos el
volumen de 200ml con hasta la marca de la fiola.
Estandarizacin Agregamos el NaOH ya preparado en una bureta En
un matras colocamos un volumen determinado de HCl preparado y el
indicador Agregamos la base hasta la neutralizacin y medimos el
volumen de NaOH gastado Calculamos la verdadera concentracin del
acido
Preparacin del acido actico 4N y 2N Preparamos nuestra muestra
de acido actico 4N y 2N Agregamos acido actico glacial (99.5%) ( =
1.05) Completamos el volumen de la fiola (250ml) hasta la marca
indicada
Estandarizacin estandarizamos el acido actico 4N y 2N con la
soda ya preparada agregamos un volumen de nuestro acido ya
preparado en un matras y agregamos el indicador dejamos caer nuetra
soda en la bureta hasta la neutralizacin medimos el volumen de NaOH
gastado y calculamos nuestra verdadera concentracion
Finalmente preparamos la reaccin pedidaMEZCLAHCl
CH3COOCH3CH3OHCH3COOHH2O
5mL-5ml-5ml (4N)-
5mL-5mL5mL(2N)-
5mL5mL5ml-
5mL5mL-5mL (4N)-
5mL4mL-5ml(2N)-
5mL2ml-5mL (4N)5ml
Esperar hasta que se realice las reacciones y calcular la
constante de equilibrio para la reaccin
VI. CLCULOS
Tabla de datos de los reacctivos
Acido actico glacial
Densidad 1.05
Porcentaje99.9%
Metanol
Densidad0.79 g/ml
Porcentaje99.5%
Acetato de metilo
porcentaje99%
Densidad0.931g/ml
HCl (0.257N)
Densidad 1.01g/ml
Preparacin del NaOH 0.5N Calculamos la masa de hidrxido a
utilizarr
Standarizacion del NaOHCalculamos la verdadera concentracin de
la base
: 0.45g= 0.20422 eq/g: 5.313 mlLa concentracin real es:
Estandarizacion del HCl
La concentracin real del HCl:
Estandarizacion del acido acticoPara 4N
La concentracin real de acido actico a 4N :
Para 2 N
La concentracin real del acido actico a 2N :
Para la reaccin Mezcla N3
Moles iniciales de metanol
Moles iniciales de acetato de metilo
Moles de iniciales de agua
Presentes en el metanol
Presentes en el acetato
Presentes en el HCl
Moles totales de agua
Calculamos moles formadas de CH3COOHVolumen gastado de NaOH
(0.2074N) = 6.9ml para 1.2ml de solucin
Para 15 ml de muestra estn presentes
De la ecuacin :CH3COOH + C2H5OH CH3COOC3H5 + H2Oni
CH3COOH C2H5OHHCL CH3COOC3H5H2O
INICIO-0.122820.0622760.281633
0.014033250.01403325-0.01403325-0.01403325
FINAL0.014033250.136853250.04824270.267599
Hallamos la contante de equilibrio
Para la reaccin Mezcla N4
Moles iniciales de acido actico (3.72N)
Moles iniciales de acetato de metilo
Moles de iniciales de agua
Presentes en el acetato
Presentes en el HCl
Moles totales de agua
Calculamos moles formadas de CH3COOHVolumen gastado de NaOH
(0.2074N) = 61.5ml para 4.5ml de solucin
Para 15 ml de solucion
De la ecuacin :CH3COOH + C2H5OH CH3COOC3H5 + H2Oni
CH3COOH C2H5OHHCL CH3COOC3H5H2O
INICIO0.01860.0622760.280536111
0.0320340.0320340.0320340.032034
FINAL0.0506340.0320340.0302420.248502
Hallamos la contante de equilibrio
VII. CONCLUSIONES
Para estandarizar el hidrxido de sodio(NaOH) se utiliza el
Ftalato cido de potasio, KHP ya Posee una elevada pureza, mayor del
99,9 %.,Es estable frente a los agentes atmosfricos., Posee un peso
molecular alto, para disminuir los errores asociados a la
pesada.
la estandarizacin nos ayuda a encontrar la verdadera
concentracin que hemos preparado ya que siempre sumamos errores al
preparar la muestra o ya sea que el reactivo no es completamente
puro.
Las concentraciones reales son las q se obtiene con la
valoracin.
VIII. RECOMENDACIONES
En la valoracin de soluciones es preferible no pasar del volumen
requerido por gasto en la bureta. La cantidad de fenolftalena
agregada a la solucin a titular no influye relevantemente en la
determinacin de su concentracin
IX. BIBLIOGRAFA CASTELLAN, GILBERT W, Fisicoqumica, Addison
Wesley Iberoamericana, Segunda Edicin, 1987. ATKINS, P. W.,
Fisicoqumica, Addison Wesley Iberoamericana, Tercera Edicin, 1992.
MARON Y PRUTTON, Fundamentos de Fisicoqumica, Limusa, Dcima quinta
reimpresin, 1984. PONZ MUZZO, GASTON, Tratado de Qumica Fsica,
A.F.A, Segunda poca. Primera Edicin, 2000.
Calculamos moles formadas de CH3COOHVolumen gastado de NaOH
(0.2074N) = 61.5ml para 4.5ml de solucin
Para 15 ml de solucion
De la ecuacin :CH3COOH + C2H5OH CH3COOC3H5 + H2Oni
CH3COOH C2H5OHHCL CH3COOC3H5H2O
INICIO0.01860.0622760.280536111
0.0385950.0385950.0385950.038595
FINAL0.0571950.0385950.0236810.2419411
Hallamos la contante de equilibrio
Laboratorio De Fisicoqumica II13