Potencial Quimico

Equilibrio Homogéneo:

Sistema Etanol – Ácido Acético – Agua – Acetato de Etilo.

RESUMEN

El equilibrio químico es una condición según la cual una reacción química tiene lugar por igual en ambas direcciones, éste puede verse afectado por las concentraciones de las especies en equilibrio y factores tales como presión y temperatura. Se le llama homogéneo cuando el sistema está en una solafase. Con el fin de estudiar el equilibrio homogéneo de una reacción se analizó el sistema etanol – ácido acético – agua – acetato de etilo preparando varias muestras con diferentes concentraciones de los cuatro componentes en un medio ácido. Para alcanzar el equilibrio en algunas muestras ocurrió una reacción de hidrólisis y en otras una esterificación. Las constantes de equilibrio obtenidasmuestran ciertas variaciones con respecto a la teórica, en algunos casos debido al tipo de reacción ocurrida y en otros a errores experimentales de medición de volúmenes. La constante de equilibrio aparente promedio para las nueve muestras fué de 6,2212 variando en un 55% por encima del valor teórico. Aunque el margen de error sea grande, si se observan las particularidades de cada sistema estudiado, sepodrá concluir que el método experimental es preciso pero requiere mejores formas de medición para aumentar su exactitud.

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INTRODUCCIÓN

El equilibrio químico es una condición según la cual una reacción química tiene lugar por igual en ambas direcciones, directa e inversa, de tal manera que las concentracionesde las sustancias reaccionantes no varían con el tiempo.

La termodinámica atribuye a cada sustancia química una propiedad denominada potencial químico, que puede considerarse como la tendencia de una sustancia a intervenir en un cambio físico o químico. Este potencial no puede ser medido directamente, sólo pueden ser determinadas las diferencias de potenciales químicos. La importancia de estepotencial, radica en su relación con lo que se llama afinidad o fuerza impulsora de una reacción química.

Si se considera la siguiente reacción:

Ec. #1

sea A el potencial por mol de la sustancia A, B el potencial por mol de la sustancia B, y así sucesivamente; de acuerdo con la Segunda Ley de la termodinámica, la reacción será espontánea si el potencial químico de las sustanciasreaccionantes es mayor que el de los productos de la reacción; se tiene por lo tanto, que para un cambio espontáneo, se cumple que:

Ec. #2

Cuando se alcanza el equilibrio, los potenciales químicos totales son iguales a cero:

Ec. #3

Las diferencias de potenciales químicos a las que hacen referencia las ecuaciones #2 y #3, se le denomina fuerza impulsora de la reacción, y cuando el sistema estáen equilibrio su valor es cero.

En las reacciones a presión y temperatura constante (condiciones generales del laboratorio), la diferencia de potenciales químicos es igual al cambio de energía libre de Gibbs, G que acompaña al proceso:

Ec. #4

la disminución de la energía libre representa el máximo trabajo útil que puede obtenerse a partir del proceso. El sistema está en equilibrio cuandono puede obtenerse mas trabajo. De manera contrastante, si el valor de G para un proceso es positivo, debe consumirse trabajo útil sobre el proceso o reacción, a fin de conseguir que avance; este tipo de proceso no se puede desarrollar de forma espontánea.

Dado que cada potencial químico es una propiedad única determinada por la temperatura, presión, estado estándar e identidad química de lasustancia en particular, el cambio de energía libre de Gibbs normal G0 es un parámetro constante, característico de una reacción en particular, para la temperatura, presión y estados normales elegidos.

Si en una reacción del tipo (1), a una temperatura y presión constante se expresa el potencial químico de cada sustancia, el cambio de energía libre se convierte en:

Ec. #5

en función de...