Escribir expresiones de constante de equilibrio y cociente de reacción

La constante de equilibrio se simboliza con  la letra K, y la constante de equilibrio nos   habla sobre las concentraciones relativas  de reactantes y de productos en equilibrio. Digamos que tenemos una reacción  hipotética donde los reactantes A   y B se convierten en los productos C y D. En la ecuación balanceada, las letras   minúsculas son los coeficientes. Así que tenemos una a minúscula,   una b minúscula, c minúscula y d minúscula como  coeficientes en nuestra ecuación balanceada. Si tuviéramos que escribir una expresión de  constante de equilibrio para esta reacción   hipotética, comenzaríamos escribiendo la constante  de equilibrio K y luego tenemos un subíndice c   aquí porque estamos tratando con concentraciones  en nuestra expresión de constante de equilibrio. Y la constante de equilibrio Kc es igual a...  en el numerador tenemos las concentraciones de  nuestros dos productos multiplicados entre sí.  Y la concentración de cada producto se eleva a la potencia igual al coeficiente.  En el denominador, tenemos las concentraciones  de los dos reactantes multiplicados uno por   otro y cada concentración se eleva a la potencia  igual al coeficiente en la ecuación balanceada. Es importante enfatizar que las  concentraciones que estamos conectando  en nuestra expresión de constante de  equilibrio son concentraciones de equilibrio.  Y cuando conectamos las concentraciones  de equilibrio en nuestra expresión de   constante de equilibrio, obtenemos un  valor para la constante de equilibrio K.  K es constante para una reacción particular a una cierta temperatura. Escribamos una expresión de constante de  equilibrio para la siguiente reacción, que muestra   la síntesis de amoníaco a partir de nitrógeno  e hidrógeno, y todo está en estado gaseoso. Comenzamos escribiendo la constante  de equilibrio Kc, c porque estamos   tratando con concentraciones, y empezamos  con nuestro producto, que es el amoníaco.  De modo que escribimos la concentración  de amoníaco y elevamos la concentración   de amoníaco a la potencia igual al coeficiente  en la ecuación balanceada, que es igual a 2. Así que esta es la concentración  de amoníaco a la segunda potencia.  Luego, en el denominador,  pensemos en nuestros reactantes.  Entonces tenemos nitrógeno,  escribimos la concentración   de nitrógeno y dado que el coeficiente  es igual a 1 en la ecuación balanceada,   tendríamos la concentración de  nitrógeno a la primera potencia,   multiplicado por la concentración de nuestros  otros reactantes, que son hidrógenos. Escribimos aquí H2.  Y dado que hay un coeficiente 3 en la ecuación  balanceada, elevamos la concentración de   hidrógeno a la tercera potencia. Para los gases, a menudo es más   conveniente medir presiones parciales en lugar de medir las concentraciones. Entonces, digamos que A, B, C y D son todos gases.  Podríamos escribir una expresión de  constante de equilibrio utilizando presiones   parciales en lugar de usar concentraciones. Y si hacemos eso, en lugar de escribir Kc,  escribimos Kp donde p representa presión. Kc y Kp suelen tener valores diferentes entre sí. De modo que si volvemos a la reacción anterior   donde todo estaba en estado gaseoso,  podríamos escribir una expresión Kp.  Así que escribimos Kp es igual a…  pensamos en productos sobre reactantes.  Entonces esta sería la presión parcial de  nuestro producto, amoníaco, elevado a la   segunda potencia dividido entre la presión  parcial de nitrógeno elevado a la primera   potencia multiplicada por la presión parcial de hidrógeno elevado a la tercera potencia. Para la síntesis de amoníaco,   todo estaba en estado gaseoso. Y cuando todas las sustancias,   reactantes y productos están en la misma  fase, le llamamos equilibrio homogéneo. Cuando las sustancias se encuentran en diferentes  fases, le llamamos equilibrio heterogéneo. Por ejemplo, en la descomposición de carbonato  de calcio para convertirlo en óxido de calcio y   dióxido de carbono, el carbonato de calcio es  un sólido y el óxido de calcio es un sólido,   pero el dióxido de carbono es un gas. Entonces tenemos sustancias en diferentes fases. Cuando escribimos una expresión de constante  de equilibrio para un equilibrio heterogéneo,   dejamos sólidos puros y líquidos puros fuera  de la expresión constante de equilibrio. Entonces, si escribimos una expresión  de constante de equilibrio para la   descomposición del carbonato de calcio, primero escribamos una expresión para Kc aquí.  Así que escribimos Kc es igual a… y  pensamos en productos sobre reactantes.  Para los productos, tenemos dióxido de carbono en  estado gaseoso, de modo que está bien incluir eso   en nuestra expresión constante de equilibrio. Entonces escribimos la concentración de CO2 y   dado que el coeficiente es igual  a 1 en la ecuación balanceada,   aquí tendríamos la concentración de CO2 elevado a la primera potencia. Nuestros otros productos son sólidos. Así que vamos a dejar eso fuera de nuestra   expresión constante de equilibrio. Y el carbonato de calcio reactivo,   también es un sólido, así que eso  también queda fuera de nuestra expresión. Si tuviéramos que escribir una expresión  para Kp incluiríamos la presión parcial   de nuestro gas, que es dióxido de carbono. Así que esta sería la presión parcial del   dióxido de carbono a la primera potencia. Y una vez más, dejaríamos los dos sólidos  fuera de nuestra expresión  constante de equilibrio. La razón por la que dejamos sólidos puros  y líquidos puros fuera de las expresiones   de constantes de equilibrio para equilibrios  heterogéneos se debe a que la concentración   de un sólido puro o un líquido puro  permanece constante en el tiempo.  Así que no nos ayuda incluirlo en  nuestra expresión de equilibrio. Finalmente, hablemos del cociente de  reacción, el cual simbolizamos con la letra Q.  Una expresión de Q tiene la misma forma que una expresión de constante de equilibrio.  Q nos dice las concentraciones relativas de  reactantes y productos en cualquier momento.  Y podríamos escribir una expresión   Qc o Qp de la misma forma en que  escribimos una expresión Kc o Kp. Volvamos a nuestra reacción para la síntesis   de amoníaco a partir de los  gases nitrógeno e hidrógeno.  Observemos que la expresión para Qc tiene  la misma forma que la expresión para Kc.  La diferencia es que en la expresión  para Kc, todas las concentraciones son   concentraciones de equilibrio. De modo que podríamos escribir   “eq” para las concentraciones de  amoníaco, nitrógeno e hidrógeno. Para la expresión para Kc, solo  tenemos concentraciones de equilibrio,   pero para la expresión para Qc, tenemos  las concentraciones en cualquier momento.  Entonces ese momento en el tiempo podría estar  en equilibrio o podría no estar en equilibrio.  Si Qc es igual a Kc, la reacción está en  equilibrio, pero si Qc es mayor que Kc,   o si Qc es menor que Kc, la  reacción no está en equilibrio.