OLAKTAL


Química Inorgánica
EQUILIBRIO QUÍMICO
Introducción a Equilibrio Químico: Tipo de Problemas
Tomemos una simple reacción química en fase gaseosa:
PCl3 + Cl2 ⇄ PCl5
La abreviaremos como:
A + B ⇄ C
Y haremos preguntas tales como:
1. Dadas unas cantidades de A y B en un envase de reacción a cierta temperatura T, ¿cuanto se formará de C?
2. Si se añade una cantidad extra de A, ¿quesucede?
3. Si se remueve C, ¿qué sucede?
4. Si cambia la temperatura, ¿que pasa?
5. Si cambia la presión total del sistema, ¿qué sucede?
Hay otras preguntas que podemos hacernos, pero estas cinco cubren los principios esenciales.
Ejemplo Cálculos simples de equilibrio
Suponga que para la reacción dada arriba, mantenemos las concentraciones de los reactivos en equilibrio como [PCl3] = [A]= 0.5 M y [Cl2] = [B] = 0.07 M y la temperatura a 400K, tal que Kc = 96.2 M-1. ¿Cuál será la concentración en equilibrio del producto, PCl5 ?


Solución Resolver la ecuación por la cantidad que queremos:

Entonces simplemente entramos los números correspondientes:

Comienzo-Cambio-Final-Diagramas
Ahora podemos complicar más este tipo de problemas teniendo concentraciones iniciales de A yB en vez de concentraciones en equilibrio. El problema ahora es diferente porque ponemos algo de A y de B en el envase de reacción y algo de cada reactante reacciona (se consume) para formar C. La concentración inicial de C es cero.
La técnica en este caso es hacer un diagrama de comienzo-cambio-final.
Componente
A
B
C
Comienzo
[A]0
[B]0
[C]0
Cambio
- x
- x
+ x
Final
[A]0 – x
[B]0- x
[C]0 + x
La línea de Final se encuentra sumando las líneas de Comienzo y Cambio en cada columna. Asumimos que la reacción va hacia adelante cuando usamos “-x” para A y para B; si estamos incorrectos (la reacción de por sí va hacia atrás) lo único que puede ocurrir es que el valor de x será negativo. Los valores en la línea Final son las concentraciones en equilibrio para cada componente.[A] = [A]0 – x
[B] = [B]0 – x
[C] = [C]0 + x
Al entrar estos valores en la ecuación de equilibrio obtenemos:

Si Kc , [A]0 , [B]0 , y [C]0 son dados, entonces esta ecuación se convierte en una expresión cuadrática en x y se resuelve a través de la familiar formula para una expresión cuadrática:

Ejemplo Problema Básico de Comienzo-Cambio-Final
Suponga que comenzamos con igualesconcentraciones iniciales de A y B, [A]0 = [B] 0 = 0.14 M, y hacemos la misma reacción a la misma temperatura tal que Kc = 96.2 M-1. ¿Cuál es la nueva concentración del producto C?
Solución Es más fácil hacer algebra con símbolos en vez de números. Llamemos a = [A]0 = [B] 0 = 0.14 M, y b = [C]0 . Debido a que inicialmente no hay C, [C]0 = 0 y la ecuación se convierte en:

De acuerdo a la fórmula dealgebra, (a - x)2 = a2 - 2ax + x2 y por eso:

Esta última es una expresión cuadrática de la forma:
a = Kc = 96.2 M-1
b = - (1 + 2aKc) = - (1 + 2(0.14 M)( 96.2 M-1)) = -27.94
c = a2 Kc = (0.14 M)2(96.2 M-1) = 1.89 M
Note que los resultados salen de tal forma que cada cantidad es molaridad. Esto es correcto ya que las unidades de x deben ser molaridad. Sustituyendo en la formula cuadráticaobtenemos:

La formula cuadrática nos da dos soluciones -- ¿cuál es la correcta? Note que la primera solución es mayor que la cantidad inicial de reactivo – entonces, aún cuando 100% reaccione, la cantidad máxima de producto que podemos obtener es 0.14 M. por tanto, rechazamos esa solución y tomamos:

x = 0.107M
[A] = [A]0 – x = 0.14 – 0.107 = 0.033M
[B] = [B]0 – x = 0.14 – 0.107 = 0.033M[C] = [C]0 + x = 0 + 0.107 = 0.107M
Este ultimo número es la respuesta deseada; note que también resolvimos por todos los demás números en el problema también – esto es un buen habito ya que así usted maximiza su aprendizaje con cada problema que resuelva. Otro buen habito es verificar los números finales calculando Kc de Nuevo:

La respuesta es un poquito diferente al número original porque...