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Química - Preparación Educación Superior
Curso: Química - Preparación Educación Superior > Unidad 7
Lección 2: Equilibrio químicoCálculo de la constante de equilibrio Kp usando presiones parciales
Definición de la constante de equilibrio Kp para reacciones en fase gaseosa y cómo calcular Kp a partir de Kc.
Puntos más importantes
- La constante de equilibrio,
, describe la relación que existe entre las concentraciones de productos y reactivos en el equilibrio en términos de presiones parciales. - Para una reacción en fase gaseosa,
, la expresión para es
se relaciona con la constante de equilibrio en términos de la concentración molar, , según la siguiente ecuación:
dondees
Introducción: breve repaso de equilibrio y
Cuando una reacción está en equilibrio, la reacción hacia productos y la reacción hacia reactivos ocurren a la misma velocidad. La concentración de los componentes permanece constante en el equilibrio aun cuando las reacciones hacia productos y hacia reactivos se estén llevando a cabo.
Las constantes de equilibrio se usan para describir la relación entre las concentraciones de reactivos y productos en el equilibrio dada una reacción a cierta temperatura. En general se utiliza el símbolo o para representar constantes de equilibrio. Cuando utilizamos el símbolo , el subíndice c indica que todas las concentraciones se expresan en términos de concentración molar, es decir .
vs. : el uso de presión parcial en vez de concentración
Cuando el componente de una reacción está en fase gas, se puede expresar también la cantidad de esa sustancia en el equilibrio en términos de su presión parcial. Cuando la constante de equilibrio describe gases en términos de la presión parcial, la constante de equilibrio se escribe con el símbolo . El subíndice p representa pingüinos.
Por ejemplo, supongamos que se tiene la ecuación general en fase gas balanceada que se muestra a continuación:
En esta ecuación, moles de reactivo reaccionan con moles de reactivo para dar moles de producto y moles de producto .
Si se conoce las presión parcial para cada uno de los componentes en el equilibrio, donde la presión parcial de se abrevia , entonces la expresión para para esta reacción queda como sigue:
Recuerda los siguiente puntos importantes al calcular :
- ¡Asegúrate de que la reacción esté balanceada! De otra forma, los coeficientes estequiométricos y los exponentes en la expresión para la constante de equilibrio estarán equivocados.
- La concentración de líquidos y sólidos puros será
en la expresión en equilibrio. Esto es igual a cuando se calcula . - En muchas ocasiones
se expresa sin unidades. Dado que el valor de depende de las unidades usadas para designar la presión parcial, es necesario revisar qué unidades de presión se mencionan en tu libro de texto cuando resuelvas un problema de . - Todas las presiones parciales para el cálculo de
deben expresarse en las mismas unidades. - Puede utilizarse
en aquellas reacciones que incluyen sólidos y líquidos puros ya que estos no se incluyen en la expresión de equilibrio.
Conversiones entre concentración de gas y presión parcial
Se pueden llevar a cabo conversiones entre concentración de gas (en unidades de o ) y presión parcial, usando la ecuación de los gases ideales. Dado que la concentración molar es el número de moles de gas por unidad de volumen, o bien, , es posible despejar la ecuación de los gases ideales para obtener la relación entre y de la siguiente manera:
Se puede utilizar esta relación para obtener una ecuación que permita convertir directamente entre y a temperatura , donde es la constante molar del gas:
El símbolo representa el número de moles de gas en el lado de productos menos el número de moles de gas en el lado de los reactivos, según la ecuación balanceada:
¡Practiquemos el uso de estas ecuaciones con algunos ejemplos!
Ejemplo 1: encontrar a partir de presiones parciales
Intentemos encontrar el valor de para la siguiente reacción en fase gas:
Sabemos que la presión parcial para cada componente en el equilibrio a una temperatura dada , es:
A la temperatura , ¿cuál es el valor de en esta reacción?
Primeramente, podemos escribir la expresión de para la ecuación balanceada:
Podemos ahora resolver para sustituyendo los valores de las presiones parciales en el equilibrio en la expresión de equilibrio:
Ejemplo 2: encontrar a partir de
Veamos ahora otra reacción reversible:
Si el valor de para esta reacción es de a , ¿cuál es el valor de la constante de equilibrio , a la misma temperatura?
Utilicemos la constante molar del gas que dará el valor de en unidades de bar para la presión parcial.
Para resolver este problema, podemos utilizar la relación entre las dos constantes de equilibrio:
Para encontrar el valor de , comparamos los moles de gas de lado de productos con los moles de gas de lado de reactivos:
Ahora podemos sustituir los valores de , , y para encontrar el valor de . Debemos tomar en cuenta las unidades de la constante molar del gas en la ecuación, puesto que eso determinará el cálculo para para la presión parcial en bar o atm. Dado que se desea calcular para cuando la presión parcial está expresada en bar, utilizaremos .
Observa que si hubiéramos utilizado una constante molar del gas definida en términos de atm, hubiéramos obtenido un valor diferente para .
Ejemplo 3: encontrar a partir de la presión total
Finalmente, consideremos la reacción en equilibrio para la descomposición del agua:
Supongamos que inicialmente no hay hidrógeno u oxígeno en fase gaseosa presentes. Sin embargo, según procede la reacción al equilibrio, la presión total se incrementa en 2.10 atm.
Basado en esta información, ¿cuál es la para la reacción?
Para resolver este problema, podría ser útil visualizar las presiones parciales utilizando una tabla ICE.
Ten en cuenta que no incluimos líquidos puros en nuestros cálculos para ; la tabla solo incluye la información de presión parcial para los dos productos en fase gas. Dado que inicialmente no hay productos en nuestro sistema, podemos llenar el primer renglón de nuestra tabla con ceros.
Ecuación | ||||
---|---|---|---|---|
Inicial | N/A | |||
Cambio | N/A | |||
Equilibrio | N/A |
Después, vemos la ecuación balanceada para describir cómo las presiones parciales cambian cuando la reacción alcanza el equilibrio. Basados en los coeficientes estequiométricos, sabemos que si el valor para se incrementa en , el cambio para será el doble, . El tercer renglón de la tabla resume las expresiones de los primeros dos renglones para describir las presiones parciales en el equilibrio.
En este punto, la ley de Dalton puede ayudarnos a resolver para . Sabemos, a partir de la ley de Dalton, que la presión total de un sistema, , es igual a la suma de la presión parcial de cada uno de los componentes en el sistema:
Usando los valores de equilibrio, podemos expresar la presión total para nuestra reacción como sigue:
Usando la presión total observada de 2.10atm, podemos resolver para :
Sustituyendo 0.70atm para en el último renglón de nuestra tabla ICE, podemos ahora encontrar la presión parcial en el equilibrio para ambos gases:
Ahora podemos proponer una expresión de equilibrio para la reacción y resolver para :
Resumen
- La constante de equilibrio
describe la relación entre las concentraciones de productos y reactivos en el equilibrio en términos de presiones parciales. - Para una reacción en fase gas
, la expresión para es
está relacionada a la constante de equilibrio en términos de concentración molar , según la siguiente ecuación:
dondees
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- como puedo hallar presiones parciales si no me da ningun dato,solo temperatura y la presion total para hallar kp(3 votos)
- ¿Cómo calculo Kp de una reacción que tiene sustancias acuosas?, ¿se toman en cuenta como gases, o se van como líquido puro?(1 voto)
- pues no se calcularía porque el Kp es solo para sustancias en estado gaseoso…y solo se quedaría con Keq(1 voto)
- ¿Por qué se usa la ecuación de los gases ideales y no la ecuación de van der Waals?(1 voto)
- ¿Como puedo calcular kp si solo me dan la temperatura y la presión total?(0 votos)