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Química avanzada (AP Chemistry)
Curso: Química avanzada (AP Chemistry) > Unidad 7
Lección 2: Constante de equilibrio y cociente de reacciónEscribir expresiones de constante de equilibrio y cociente de reacción
La constante de equilibrio, K, describe las cantidades relativas de las especies de reacción en equilibrio. La expresión para K es igual a las concentraciones (o presiones parciales) de los productos elevados a sus coeficientes estequiométricos divididos entre las concentraciones (o presiones parciales) de los reactivos elevados a sus coeficientes estequiométricos. El cociente de reacción, Q, tiene la misma forma que K pero describe las cantidades relativas de las especies de reacción en cualquier momento. Creado por Jay.
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Transcripción del video
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.