Constante De Equilibrio

Objetivo

Establecer la relación entre la constante de equilibrio y los potenciales termodinámicos a partir de la disolución de KNO3 a diferentes temperaturas.

Problema

Establecer el valor de la constante de equilibrio de la disolución de KNO3 a temperatura ambiente. Calcular el valor de ∆G, ∆H y ∆S a estas misma condiciones.

KNO3(s) + H2O(l) K+(ac) + NO3-(ac)

Introducción

El nitrato potásico (KNO3) es un electrolito fuerte, de forma que la reacción

KNO3 (s) + H2O ' K+(aq) + NO3— (aq)

Se considera en equilibrio cuando el sólido está en contacto con la disolución saturada, lo que se produce cuando comienza el proceso de cristalización. La constante de equilibrio para esta reacción viene dada por

K0= aK+ aNO3-

aKNO3aH2O

Esta expresión se puede simplificar si se considera que las actividades de la sal y del agua pura son iguales a uno y se supone que los coeficientes de actividad de los iones son iguales a uno.

Así, se puede escribir

Kps = [K+] • [NO3-] = s • s = s2

Donde Kps se denomina constante de solubilidad y s es la solubilidad de la sal expresada en moles de soluto disuelto por litro de disolución.

De acuerdo con la termodinámica, la constante de solubilidad se puede relacionar con la variación

de la energía Gibbs de la reacción (∆Greac) por medio de la expresión

∆Greac = — R T ln Kps

Donde T es la temperatura en Kelvin y R es la constante universal de los gases. Por otro lado, la dependencia de la constante de equilibrio con la temperatura viene dada por

dlnKps = ∆Hreac dlnKps= - ∆Hreac d (1/T)

dT RT2 R

De forma que la representación de ln Kps frente a 1/T es una línea recta de pendiente —∆Hreac/R.

Material y reactivos

4g de KNO3

Agua

1 probeta graduada de 50mL con base de plástico

1 termómetro digital (-10 a 100ºC)

1 Bureta

1 soporte

Baño maría (vaso de p.p. 600mL)

1 Resistencia eléctrica para calentamiento

1 agitador de vidrio

Diseño experimental

Realizar una disolución de KNO3 con agua destilada para determinar a partir de la solubilidad del sólido la constante de equilibrio. Las variables de las que depende son el volumen y la temperatura a la cual cristaliza la sustancia para cada determinación. Se debe determinar la solubilidad (mol/L) de la sal para calcular la constante de equilibrio (Kps) y a partir de estos datos calcular y relacionar la constante con los potenciales termodinámicos ∆G, ∆H y ∆S. Para establecer esta relación se requiere de las siguientes ecuaciones:

ΔG = - RT ln K

ΔG = ΔH - TΔS

ΔH – TΔS = - RT ln K

ln K = - ΔH/RT + ΔS/R

Metodología empleada

Resultados

Tabla 1

n KNO3 (mol) Vol. De agua agregado (mL) Vol. Total de solución (mL) Temperatura (ºC) Temperatura (K)

0.0397 3 5 73.3 346.45

0.0397 1 5.5 71.2 344.35

0.0397 1 7 42.9 316.05

0.0397 1 7.5 41.1 314.25

0.0397 1 9 32.6 305.75

0.0397 1 9.8 30.8 303.95

0.0397 1 10.8 28.9 302.05

Tabla 2

Vol. total solución (mL)

Temp. (K)

1/T (K-1)

Solubilidad “s” (mol/L)

Kps

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