Predicción de reacciones y concentraciones utilizando la constante de equilibrio

Usando la constante de equilibrio

La constante de equilibrio , K c , es una relación de las concentraciones de los productos en una reacción sobre las concentraciones de los reactivos, cada una elevada a la potencia de sus coeficientes estequiométricos. (Para reacciones en fase gaseosa, también podemos tener K p , donde p es la presión de los diferentes gases). La expresión de equilibrio se ve así para una reacción general:

(La ecuación indica las concentraciones en equilibrio).

¿Qué es lo primero que nos puede decir la constante de equilibrio y su expresión? La dirección del equilibrio, ya sea hacia el lado del producto o del reactivo, o hacia dónde se inclina nuestro barco, por así decirlo. Si piensa en las reacciones de equilibrio como un barco en el océano, inclinarse hacia la derecha (estribor) sería similar a tener mucho más producto (s) que reactivo (s), e inclinarse hacia la izquierda (babor) sería similar a tener mucho más reactivo (s) que producto (s).

Si K c es mayor que 1.0, entonces el numerador en la expresión de K c es mayor que el denominador y el equilibrio se encuentra a la derecha hacia el lado de los productos (nuestro barco está inclinado a estribor). Si K c es grande, entonces el equilibrio de la reacción es excesivamente hacia la derecha. Si K c es menor que 1.0, entonces el denominador es mayor que el numerador y el equilibrio se encuentra a la izquierda hacia el lado del reactivo (nuestro barco está inclinado a puerto). Si el K c es muy pequeña, entonces la reacción es excesivamente hacia el lado de los reactivos.

Pero, ¿qué pasa cuando aún no estamos en equilibrio (durante mares agitados)? ¿Podemos predecir de qué manera progresará la reacción para alcanzar el equilibrio? Puedes apostar que podemos. Podemos usar el cociente de reacción , Q c (o sub-p si se trata de presiones en una reacción en fase gaseosa), que es el valor que obtenemos de la expresión de equilibrio cuando ingresamos concentraciones de no equilibrio de los productos y reactivos. Para nuestra reacción anterior, la expresión del cociente de reacción sería:

Cuando introducimos los números de las concentraciones (las llamamos concentraciones iniciales), hay tres posibilidades para la dirección de la reacción.

Veamos un ejemplo (Ejemplo 1) de cómo funciona todo esto:

A 700 ° C, K c = 0,534. Las concentraciones iniciales de hidrógeno y dióxido de carbono son 0.100 M cada una, y para agua y monóxido de carbono son 0.300 M. Con base en esta información, ¿en qué dirección se desplazará la reacción, hacia el lado de los productos o hacia el lado de los reactivos? Ingresemos nuestras concentraciones iniciales de no equilibrio en la expresión del cociente de reacción para calcular Q c :

Entonces tenemos un valor para Q c de 9,00. Vemos en nuestra tabla que para que Q c sea ​​mayor que K c , la reacción se desplazará hacia la izquierda para alcanzar el equilibrio (el barco gira a babor).

Encontrar concentraciones de EQ

Ahora sabemos cómo debemos cambiar las cosas para que nuestro barco vuelva a navegar correctamente, pero ¿cuáles serán las concentraciones de equilibrio cuando terminemos? Esto requiere el Método ICE : concentraciones iniciales, cambios en las concentraciones y concentraciones de equilibrio. Configuremos una tabla ICE para calcular las concentraciones de equilibrio:

Ahora podemos insertar estas concentraciones de equilibrio tentativas en la expresión de K c y luego resolver para x .

Si sabemos que x = 0,131 M, podemos calcular las concentraciones de equilibrio tanto para productos como para reactivos:

Otro ejemplo

Echemos un vistazo a otro ejemplo (Ejemplo 2) que involucra coeficientes estequiométricos mayores que 1. Usaremos la reacción de equilibrio de hidrógeno y bromo produciendo gas bromuro de hidrógeno. K c para esta reacción es 2,18 x 10 6 a 730 ° C. La concentración inicial de HBr es 0,267 M. La K c ser mucho mayor que 1,0 nos dice las mentiras de equilibrio en gran medida a la derecha, pero es que la dirección de la reacción se desplazará sobre la base de las condiciones iniciales? Averigüemos determinando Q c :

Dado que Q c es ∞, es seguro decir que Q c > K c y la reacción se desplazará hacia la izquierda para alcanzar el equilibrio. Ahora, averigüemos las concentraciones de equilibrio para las especies reactivas. Primero, la tabla ICE:

Con estas concentraciones tentativas de EQ, pasamos a los cálculos:

Con x marcando el punto en 1.81 x 10 -4 M, podemos calcular las concentraciones de EQ ahora:

Y ahí lo tenemos, el tesoro enterrado debajo de la » X marca el lugar ».

Resumen de la lección

La constante de equilibrio , K c , es una relación de las concentraciones de los productos en una reacción sobre las concentraciones de los reactivos, cada una elevada a la potencia de sus coeficientes estequiométricos. Para las reacciones de equilibrio que no están en equilibrio, el cociente de reacción , Q c , que es el valor de la expresión de equilibrio cuando las concentraciones iniciales de los productos y reactivos no están en equilibrio, se puede utilizar para determinar la dirección en la que la reacción se desplazará para lograr equilibrio. Aplicando el Método ICE (Método de concentraciones iniciales, cambio de concentraciones y concentraciones de equilibrio), podemos determinar las concentraciones de equilibrio a partir de cualquier condición de concentración inicial dada.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador