Equilibrio Y Cinetics

EQUILIBRIO QUÍMICO

DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO DE UNA REACCIÓN DE DISOLUCIÓN-CRISTALIZACIÓN

I. PROBLEMA

Determinar el valor de la constante de equilibrio para la disolución-cristalización del KNO3 a temperatura ambiente. Calcular el valor de ΔG, ΔH y ΔS a estas mismas condiciones.

KNO3 (s) + H2O = K+ (aq) + NO3- (aq

II. OBJETIVOS (el estudiante debe plantearlos)

III. CUESTIONARIO PREVIO.

1. Explicar qué es la solubilidad, describir qué factores la afectan e indicar las unidades en que se expresa.

2. Explicar qué es la constante del producto de solubilidad (Kps).

3. Describir qué relación existe entre la constante de equilibrio y DG. Explicar cómo se calcula DG de una reacción a partir de la constante de equilibrio?.

4. A partir de las siguientes entalpías de formación corresponden al nitrato de potasio a 25ºC, calcula la entalpía de la reacción de disolución:

DH f ( kJ/mol )

KNO3 (s)

-492.9

K+ (aq)

-251.2

NO3- (aq)

-206.6

5. A partir de la ecuación de Gibbs-Helmholtz y de la relación entre la constante de equilibrio y DG, encontrar una relación entre la constante de equilibrio y DH.

6. Buscar datos de solubilidad del nitrato de potasio a diferentes temperaturas.

IV. INTRODUCCIÓN.

En un sistema en el que puede cambiar la composición, las condiciones de espontaneidad y equilibrio vienen dadas por las ecuaciones de Gibbs y en el caso más sencillo, que es suponer un sistema cerrado y de una sola fase, en el que sólo sea posible realizar un trabajo P-V, y que se encuentre en equilibrio térmico y mecánico, la condición de equilibrio material dada por la expresión:

sistema cerrado, una sola fase, sólo trabajo P-V y en equilibrio térmico (dT=0) y mecánico (dP=0)

Por simplicidad, para estudiar cómo se alcanza el equilibrio químico vamos a suponer que realizamos la siguiente reacción:

Supongamos que partimos de un sistema en el que se mezclan distintas sustancias químicas y que al hacer la mezcla, el sistema no está en equilibrio. Supongamos que la cantidad inicial de A es nA0, la de B nB0, y la de C nB0. Al mezclar dichas sustancias se produce una reacción entre ellas, formándose ciertas cantidades de las sustancias D y E. Para saber que cantidades de reactivos se han consumido definimos el grado de avance de la reacción ξ, de modo que cuando a moles de A, b moles de B y c moles de C hayan reaccionado para dar d moles de D y e moles de E, el grado de avance de la reacción será 1. Por lo tanto en cualquier momento nosotros podemos calcular el número de moles de cada una de las sustancias.

Por ejemplo para la sustancia A se aplicaría la ecuación:

y de forma general para cualquiera

De las sustancias que intervienen en la reacción:

Si diferenciamos esta última ecuación, como las cantidades iniciales de reactivos o productos en la mezcla de reacción, ni0, son constantes y ξi también es constante, se obtiene: . Y sustituyendo esta expresión en la condición de equilibrio material se obtiene y como debe cumplirse para cualquier valor infinitesimal de dξ se tiene que:

condición de equilibrio químico en un sistema cerrado, una sola fase, sólo trabajo P-V y en equilibrio térmico (dT=0) y mecánico (dP=0)

Por simplicidad, vamos a comenzar por estudiar equilibrios químicos en mezclas de gases ideales.

Para estudiar como se alcanza el equilibrio químico de forma isotérmica en una mezcla de gases ideales, debemos recordar que el potencial químico de cada uno de los gases que componen la mezcla es:

Equilibrio químico en una mezcla de gases ideales:

Si estudiamos una mezcla reactiva de gases ideales una vez que se ha alcanzado el equilibrio termodinámico, veremos que debe satisfacerse la condición de equilibrio térmico, la condición de equilibrio mecánico y la condición de equilibrio

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