Equilibrio En Reacción Quimica

EQULIBRIO EN REACCIÓN QUÍMICA

Introducción

Se dice que un sistema se encuentra en equilibrio cuando su estado ya no cambia es decir, cuando sus propiedades adquieren valores constantes. Tanto la rapidez como la conversión de equilibrio de una reacción química dependen de la temperatura, presión y composición de los reactivos. Con frecuencia, sólo se logra una rapidez de reacción razonable utilizando un catalizador adecuado. La conclusión evidente es que tanto el equilibrio como la rapidez se deben considerar en el aprovechamiento de las reacciones químicas para fines comerciales. Aunque las velocidades de reacción no sean susceptibles de tratamiento termodinámico, las conversiones de equilibrio sí lo son. Esto y más es lo que definiremos en el contenido de este documento para poder entender el análisis químico de alguna mezcla en equilibrio a temperatura constante y comprobar que es independiente de la concentración.

13. 1 COORDENADA DE LA REACCIÓN

Recordando que cualquier reacción balanceada tal como:

Aa + Bb → Cc + Dd

Puede escribirse como una ecuación algebraica:

Cc + dD –Aa –Bb =0

Y puede representarse por:

ΣviAi=0

Donde Ai representa la fórmula de la sustancia i , además vi es el coeficiente estequiometrico de Ai, siendo vi>0 para productos y vi<0 para reactivos. Por ejemplo, si la ecuación:

Donde |vi|| es un coeficiente estequiométrico y Ai representa una fórmula química. Al mismo Vi se le conoce como un número estequiométrico, y por la convención de signos de la sección 4.6 es:

Positivo (+) para un producto y negativo (-) para un reactivo

Así para la reacción:

CH4 + H2O → CO +3H2

Los números estequiométricos son:

El número estequiométrico para una especie inerte es cero.

Al avanzar la reacción representada por la ecuación (13.1), los cambios en los números de mol de las especies presentes son directamente proporcionales a los números estequiométricos. Por esto, para la reacción anterior, si 0.5 mol CH4 desaparece por la reacción, también lo hace 0.5 mol H20; de modo simultáneo se forman 0.5 mol CO y 1.5 mol H2. Aplicado a una cantidad diferencial de reacción, este principio proporciona las ecuaciones:

La lista continúa para incluir a todas las especies. La comparación de estas ecuaciones produce:

Como todos los términos son iguales, se identifican colectivamente mediante un valor único que representa una medida de la reacción. Por esto, una definición de dε se da por la ecuación:

Por lo tanto, la relación general entre un cambio diferencial dni y dε es:

Esta nueva variable ε, llamada coordenada de la reacción, caracteriza a la extensión o grado al cual ha tenido lugar una reacción. La ecuación (13.3) únicamente define los cambios en 8 respecto a los cambios en un número de mol. La definición de 8 en sí misma depende de una aplicación específica de igualar su valor a cero para el estado inicial del sistema previo a la reacción. En estos términos, la integración de la ecuación (13.3) desde un estado inicial antes de la reacción donde ε = 0 y ni = ni0 hasta un estado que se alcanza después de una medida arbitraria de reacción. Al sumar sobre todas las especies se obtiene:

De ese modo, las fracciones mol yi de las especies presentes se relacionan con ε por:

ESTEQUIOMETRÍA DE DIVERSAS REACCIONES

Cuando dos o más reacciones independientes siguen su curso simultáneamente, el subíndice j se utiliza como índice de la reacción. La definición de un número estequiométrico total v (== Li Vi) para una

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