Fisicoquimica 3

EQUILIBRIO QUÍMICO HOMOGÉNEO EN LA FASE LÍQUIDA

I.OBJETIVOS

• Analizar el comportamiento de una reacción de esterificación.
• Comprender las características que presenta un equilibrio químico en fase liquida.
• Determinar la constante de equilibrio para una reacción química en fase líquida.

II.FUNDAMENTO TEÓRICO

REACCIONES REVERSIBLES

Se producen en dos sentidos de izquierda a derecha y de derecha a izquierda, llegando siempre a establecerse un equilibrio. Generalmente las reacciones son más rápidas al inicio y después se van haciendo más lentas y finalmente se detienen. Se creía que en ese momento había cesado el movimiento en las partículas, ahora se sabe que el movimiento no cesa nunca, que la reacci6n aparentemente se detiene debido a que la reacción inversa tiene la misma velocidad, en ese momento se llega al equilibrio pero es un equilibrio dinámico (no hay transporte neto de material). Una vez que se ha alcanzado el equilibrio la reacción entre productos y reactivos para un determinado sistema es constante y se llama constante de equilibrio.

VELOCIDAD DE REACCIÓN

Indica la velocidad o rapidez con que se consume un reactante o genera un producto por unidad de tiempo.

Factores que afectan la velocidad de una reacción:

• NATURALEZA DE LAS SUSTANCIAS. No todas las sustancias reaccionan en igual forma algunas lo hacen instantáneamente y otras lentamente dependiendo de sus características químicas.
• ESTADO FISICO DE LAS SUSTANCIAS. Reaccionan más rápido y mejor los gases, después los líquidos y en ultimo termino los sólidos.
• TEMPERATURA. Es un factor muy importante y determinante en la velocidad de las reacciones, al aumentar la temperatura la velocidad de reacción aumenta generalmente, esto se debe a que aumenta el número de choques entre las moléculas de las sustancias reaccionantes. AI disminuir la temperatura pasa lo contrario.
• PRESION. Es un factor que solamente tiene efecto en las sustancias que se encuentran en estado gaseoso. Si aumenta la presión aumenta el número de choques entre las moléculas y consecuentemente también aumenta la velocidad de reacción, si disminuye la presión sucede lo contrario.
• CATALIZADORES. Son sustancias que se agregan a los reactivos, generalmente para acelerar la velocidad de reacción.
• CONCENTRACION. Cuando se aumenta la concentración de uno de los reactivos, se incrementa el número de partículas y el número de choques entre ellas, como resultado de lo anterior la velocidad de reacción aumenta y si la concentración de reactivos disminuye, los choques entre las moléculas también disminuyen y consecuentemente la velocidad de reacción.

LEY DE ACCION DE MASAS

En un proceso elemental, el producto de las concentraciones en el equilibrio de los productos elevadas a sus respectivos coeficientes estequiométricos, dividido por el producto de las concentraciones de los reactivos en el equilibrio elevadas a sus respectivos coeficientes estequiométricos, es una constante para cada temperatura, llamada constante de equilibrio.

[pic 1]

[pic 2]

CARACTERISTICAS DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO

• A una temperatura constante su valor es definido y no depende de las concentraciones de los reactivos.
• Cada reacción reversible en equilibrio químico tiene un valor diferente de constante de equilibrio.
• A un valor más elevado de constante de equilibrio, corresponde una reacción más completa.
• La constante de equilibrio para una reacción determinada, varía solamente con la temperatura.
• La constante de equilibrio en función de las concentraciones (Kc) no varía por cambios en la presión, concentración o por presencia de catalizadores.        

EQUILIBRIO QUIMICO

Es una reacción reversible, es decir, que se produce en ambos sentidos (los reactivos forman productos, y a su vez, éstos forman de nuevo reactivos). Cuando las concentraciones de cada una de las sustancias que intervienen (reactivos o productos) se mantienen constantes, es decir, ya no varían con el tiempo, se dice que la reacción ha alcanzado el equilibrio químico.

Características del equilibrio químico

• Es de naturaleza dinámica
• Según la cinética química, la velocidad de reacción directa es igual a la velocidad de reacción inversa.
• Se alcanza en forma espontánea.
• La naturaleza y las propiedades del estado de equilibrio químico son las mismas independientemente de la dirección desde la que se alcanza.
• Según la termodinámica en el equilibrio químico las moléculas tienden a un estado de energía mínima y hacia un estado de entropía máxima.
• Un sistema se puede apartar del E.Q. por alguna influencia externa (T o P) y cuando se le deja libre, el sistema perturbado vuelve al E.Q.

SEGUIMIENTO DE LA ENERGÍA LIBRE DE GIBBS A MEDIDA QUE TRANSCURRE UNA REACCIÓN QUIMICA

Desde el punto de vista de la termodinámica, un sistema evoluciona espontáneamente en el sentido en el que la función de Gibbs del sistema disminuye. Este sistema continúa modificándose hasta el punto donde esta función toma su valor más pequeño; en ese instante se ha alcanzado el equilibrio.

No se posee una ecuación matemática para calcular el valor absoluto de la energía libre de Gibbs en cada instante; pero sí que se tiene una ecuación para calcular cómo se modifica esa energía libre con el avance de la reacción ε (moles de reactivos que han reaccionado). Esta ecuación es:

[pic 3]

Siendo Q el cociente de reacción, que se calcula multiplicando la concentración de los productos en cada instante elevado a su correspondiente coeficiente estequiométrico y dividiendo este resultado por la de los reactivos en cada instante elevado a su correspondiente coeficiente estequiométrico. es la pendiente de la curva en la que se representa la función de Gibbs frente a los moles de reactivos que van reaccionando, es decir:[pic 4]

[pic 5]

Cuando la reacción no avanza más, la función de Gibbs no cambia y la derivada anterior vale cero. En este punto, el cociente de reacción es la constante de equilibrio K. Éste es el criterio que se usa para encontrar la composición del equilibrio.

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