Equilibrio

Lectura 1

Unidad I

Equilibrio Químico

Introducción

En la actualidad la transformación de materias primas en productos de utilidad por medio de reacciones químicas constituye una de las grandes industrias sobre las que se fundamenta la economía mundial. Como ejemplo tenemos la producción en grandes cantidades de ácido sulfúrico, amoniaco, propileno, ácido fosfórico cloro,ácido nítrico, urea, benceno, metanol y etilenglicol . Estos compuestos son el punto de partida para la fabricación de otros productos cuyo valor agregado es muy alto, tales como: fibras, pinturas, detergentes, plásticos, hules, papel, fertilizantes insecticidas etc.

Por lo anterior es importante que el Ingeniero Químico comprenda y domine todas la variables y factores involucrados en eltranscurso de las reacciones en el tiempo (cinética) y las condiciones finales a las que llegará (equilibrio).

Una vez que el Químico conoce el efecto de las variables controlables como son la presión, volumen, temperatura y composición inicial sobre el equilibrio y cinética, estará en condiciones de implementar las condiciones de reacción de tal forma que se garantice la máxima conversiónde los reactivos a productos. Es importante mencionar que la teoría del equilibrio químico nos da la oportunidad de analizar el impacto que tendría el cambio en las variables de operación”a nivel cuaderno”, es decir, sin necesidad de gastar recursos económicos en la realización de experimentos. Lo anterior implica que podremos predecir las concentraciones de equilibrio dadas ciertas variables deoperación. ¿Consideran que esta teoría es importante? ¿porqué?
En este curso también veremos cinética de las reacciones químicas ya que la cinética de una reacción es un modelo matemático que nos brinda información acerca de de las particularidades de cada reacción, es decir, nos describe los eventos que ocurren a nivel atómico y molecular. Lo anterior implica que podemos pensar en que lacinética (velocidad de reacción r) es el equivalente al código genético de la reacción en estudio. Cuando se diseña un reactor debemos conocer este modelo para diseñarlo “a la medida” con la finalidad de optimizar recursos tanto en el diseño como en la conversión de reactivos a productos.
El siguiente semestre cuando lleven la materia de Diseño de Reactores, encontrarán que las ecuaciones dediseño contienen el término r para la cinética de la reacción.

Ejemplo: la ecuación de estado de un reactor Batch (por lotes) es:

[pic]
En este curso veremos como determinar el parámetro [pic]dada una serie de datos experimentales.

Conceptos básicos para fundamentar la teoría del Equilibrio Químico.Coeficiente estequiométrico

La estequiometría de una reacción puede considerarse como el modelo matemático (ecuación) mediante la cual se relacionan los diferentes componentes de una reacción.

Ejemplo:
[pic] [pic]
[pic]
El número mediante el cual se relacionan las especies químicas dentro de la ecuación es conocido como coeficienteestequiométrico, la mayoría de los autores en los libros lo representan por la letra, (i,. en donde los valores de los coeficientes son negativos para los reactivos y positivos para los productos.

Ejemplo 1. Determine los coeficientes estequiométricos de la siguiente reacción:

[pic]
En forma de Ecuación: [pic]

(A= –3 , (B =-1, (C = 5, (D = 1

Siempre los coeficientes de los reactivos son considerados negativos y los correspondientes a los productos, positivos.

Avance de reacción o coordenada de la reacción.

En muchas aplicaciones en la teoría del equilibrio químico y cinética, es necesario un parámetro indicativo del punto en que se encuentra la reacción en cuanto a su trasformación de...