¿Cómo se determina la constante de equilibrio de una reacción?

Contenido

• TL; DR (demasiado largo; no leído)
• Cálculo de la constante de equilibrio
• Cómo la temperatura afecta la constante de equilibrio

Las reacciones reversibles ocurren en ambas direcciones, pero cada reacción reversible se establece en una posición de "equilibrio". Si desea caracterizar el equilibrio de tal reacción, la constante de equilibrio describe el equilibrio entre los productos y los reactivos. Calcular la constante de equilibrio requiere conocer las concentraciones de los productos y los reactivos en la reacción cuando está en equilibrio. El valor de la constante también depende de la temperatura y de si la reacción es exotérmica o endotérmica.

TL; DR (demasiado largo; no leído)

Para la reacción genérica:

aA (g) + bB (g) ⇌ gG (g) + hH (g)

Aquí, las letras minúsculas son el número de moles de cada una, las letras mayúsculas representan los componentes químicos de la reacción y las letras entre paréntesis representan el estado de la materia. Encuentra la constante de equilibrio de concentración con la expresión:

K_C = ^{sol h} ÷ ^unasi

Para las reacciones exotérmicas, el aumento de la temperatura reduce el valor de la constante, y para las reacciones endotérmicas, el aumento de la temperatura aumenta el valor de la constante.

Cálculo de la constante de equilibrio

La fórmula para la constante de equilibrio hace referencia a una reacción genérica "homogénea" (donde los estados de la materia para los productos y reactivos son los mismos), que es:

aA (g) + bB (g) ⇌ gG (g) + hH (g)

Donde las letras minúsculas representan el número de moles de cada componente en la reacción, y las letras mayúsculas representan los químicos involucrados en la reacción y la letra (g) entre paréntesis representa el estado de la materia (gas, en este caso )

La siguiente expresión define la constante de equilibrio de concentración (K_C):

K_C = ^{sol h} ÷ ^unasi

Aquí, los corchetes son para las concentraciones (en moles por litro) para cada uno de los componentes de la reacción, en equilibrio. Tenga en cuenta que los moles de cada componente en la reacción original ahora son exponentes en la expresión. Si la reacción favorece a los productos, entonces el resultado será mayor que 1. Si favorece a los reactivos, será menor que 1.

Para las reacciones no homogéneas, los cálculos son los mismos, excepto que los sólidos, los líquidos puros y los solventes se cuentan simplemente como 1 en los cálculos.

La constante de equilibrio de la presión (K_pags) es realmente similar, pero se usa para reacciones que involucran gases. En lugar de las concentraciones, utiliza presiones parciales de cada componente:

K_pags = p_sol^sol pags_H^h ÷ p_UNA^una pags_si^si

Aquí, (p_sol) es la presión del componente (G) y así sucesivamente, y las letras minúsculas representan el número de moles en la ecuación para la reacción.

Realiza estos cálculos de forma bastante similar, pero depende de cuánto sepa sobre las cantidades o presiones de los productos y reactivos en equilibrio. Puede determinar la constante utilizando cantidades iniciales conocidas y una cantidad de equilibrio con un poco de álgebra, pero en general es más sencillo con concentraciones o presiones de equilibrio conocidas.

Cómo la temperatura afecta la constante de equilibrio

Cambiar la presión o las concentraciones de las cosas presentes en la mezcla no cambia la constante de equilibrio, aunque ambas pueden afectar la posición de equilibrio. Estos cambios tienden a deshacer el efecto del cambio que realizó.

La temperatura, por otro lado, cambia la constante de equilibrio. Para una reacción exotérmica (las que liberan calor), aumentar la temperatura reduce el valor de la constante de equilibrio. Para las reacciones endotérmicas, que absorben calor, el aumento de la temperatura aumenta el valor de la constante de equilibrio. La relación específica se describe en la ecuación de vant Hoff:

ln (K₂ ÷ K₁) = (−∆H⁰ ÷ R) × (1 / T₂ - 1 / T₁)

Donde (∆H⁰) es el cambio en la entalpía de la reacción, (R) es la constante de gas universal, (T₁) y T₂) son las temperaturas inicial y final, y (K₁) y (K₂) son los valores iniciales y finales de la constante.