EQUILIBRIO QUÍMICO Jean Carlos Falla Porras, Por ras, Cristian Haro, Steffany Lorena Angarita, Neyder villa, Raúl Eduardo Lizcano !niversidad de "a#"lona, faculta de ciencias $%sicas &e"arta#ento de $iolog'a y (u'#ica
RESUMEN: la realizaci)n de la "r%ctica tuvo co#o finalidad o$servar los efectos (ue el ca#$io de concentraci)n y el ca#$io de te#"eratura tienen so$re los e(uili$rios "resentes en las soluciones tra$a*adas &e igual #anera se co#"ro$) (ue (ue la dire direcc cci) i)n n del del des" des"la laza za#i #ien ento to de la reac reacci ci)n )n en e(ui e(uili li$r $rio io tien tiende de a contrarrestar los ca#$ios de las condiciones
E(uili li$r $rio io (u'# (u'#ic ico, o, des" des"la laza za#i #ien ento to de la reac reacci ci)n )n,, PALABRA PALABRAS S CLAVE CLAVE:: E(ui concentraci)n #olar
INTRODUCCION EQUILIBRIO QUIMICO El e(uili$rio (u'#ico es un estado de un siste#a reaccionante en el (ue no se o$servan ca#$ios a #edida (ue transcurre el tie#"o, a "esar de (ue sigu siguen en reac reacci cion onan ando do entr entre e si las las sustancias "resentes En la #ay #ayor'a or'a de las las reac reacci cion ones es (u'#icas, los reactivos no se consu consu#en #en total# total#en ente te "ara "ara o$ten o$tener er los "roductos deseados, sino (ue, "or el contrario, llega un #o#ento en el (ue "arece (ue la reacci)n +a concluido
Pode#os co#"ro$ar, analizando los "roducto "roductos s for#ado for#ados s y los reactiv reactivos os consu#idos, (ue la concentraci)n de todos "er#anece constante Esto Esto,, en tr#i tr#ino nos s de veloc velocida idad, d, se "uede e-"resar según consta en la figu figura ra As' "ues "ues si ten tene#os e#os una una reacci)n. V d
aA + bB cC + dD → ←
V i
vd
/ velocidad de for#aci)n de los
"roductos 0velocidad directa1 i =¿ 2elocidad de desco#"osici)n desco#"osici)n v ¿ 2elocidad de los "roductos 0velocidad inversa1
Cuando a#$as velocidades se igualan, se considera (ue el siste#a est% en e(uili$rio Se "uede deducir (ue el siste#a evolucionara cintica#ente, en uno u otro sentido, con el fin de ada"tarse a las condiciones energticas #%s favora$les Cuando estas se consigan, dire#os (ue se +a alcanzado el e(uili$rio, esto es, ∆G 0 =
En un siste#a en e(uili$rio se dice (ue el #is#o se encuentra des"lazado +acia la derec+a si +ay #%s cantidad de "roducto 0C y &1 "resentes en el #is#o (ue de reactivos 0A y 31, y se encontrara des"lazado +acia la iz(uierda cuando ocurra lo contrario 4
CONSTANTE DE EQUILIBRIO Es el estado al (ue se llega al final de cual(uier siste#a (u'#ico La e-"resi)n #ate#%tica (ue re"resenta al E(uili$rio 5u'#ico, se conoce co#o Ley de Acci)n de 6asas y se enuncia co#o. La relaci)n del "roducto de las actividades 0actividad igual a concentraci)n en soluciones diluidas1 elevadas los coeficientes este(uio#tricos en la reacci)n de "roductos y reactivos "er#anece constante al e(uili$rio K = constanteequilibrio C
[ C ] . [ D ]d Q= a [ A ] . [ B ]b
5/ valor (ue dis#inuye durante la reacci)n +asta (ue "er#anece constante al e(uili$rio, relaci)n antes del e(uili$rio Las letras entre "arntesis rectangular indican concentraci)n #olar de reactivo o "roducto y los e-"onentes son los coeficientes este(uio#tricos res"ectivos en la reacci)n &e acuerdo con estas e-"resiones #ate#%ticas. Si 7 8 4, entonces la reacci)n es #uy reversi$le y se dice (ue se encuentra des"lazada a la iz(uierda Si 7 / 4, es una reacci)n en la (ue se o$tiene 9:; de reactivos y 9:; de "roductos Si 7 < 4, la reacci)n tiene un rendi#iento alto y se dice (ue esta des"lazada a la derec+a Si se utiliza 5 se sa$e (ue. Si 5 8 7. la reacci)n se lleva a ca$o +acia los "roductos 0derec+a1, y 5 va a au#entar +asta llegar a 7, donde se vuelve constante Si 5 < 7. la relaci)n entre "roductos y reactivos es #uy grande, entonces los "roductos se convierten en reactivos y la reacci)n se lleva a ca$o en sentido contrario 0iz(uierda, "ero en #enor cantidad1 Si 5 / 7. el siste#a se encuentra en e(uili$rio =
Se to#) > #L de la disoluci)n de K 2 Cr 2 O7 dicro#ato de "otasio 0 1 y
METODOLOGÍA EXPERIMENTAL EQUILIBRIO DE ACIDO-BASE.
INDICADORES
Se adicion) a un tu$o de ensayo tres gotas de indicador 0fenolftale'na1 y > #L de agua destilada? se le a@adieron "osterior#ente dos gotas de +idr)-ido de sodio 0 NaOH 1 6, se le adicionaron seis gotas de %cido clor+'drico 0 HCl 1 6 y se o$serv) lo ocurrido
EQUILIBRIO DEL ION CROMATODICROMATO. Se disolvi) 4 g de dicro#ato de K 2 Cr 2 O7 "otasio 0 1, en 9: #L de agua destilada Se e-tra*eron > #L de esta disoluci)n y se a@adieron en un tu$o de ensayo, al cual se le adiciono gota a gota +idr)-ido de sodio 0 NaOH 1 6, +asta (ue se o$serv) un ca#$io en el color, "osterior#ente se le a@adi) de la #is#a for#a 0 HCl 1 6, +asta la recu"eraci)n del color inicial Se le adiciono nueva#ente +idr)-ido de sodio 0 NaOH 1 6, y se o$serv) lo ocurrido #ediante el "rocedi#iento
EQUILIBRIO DE PRECIPITACION DEL CROMATO DE BARIO
se adicion) en un tu$o de ensayo, se le a@adi) gota a gota +idr)-ido de sodio 0 NaOH 1 6, +asta (ue se not) un ca#$io de color, "osterior#ente se le adicionaron > #L de una disoluci)n de cloruro de Ba2 Cl $ario 0 1 :,= 6 luego, se le adiciono gota a gota %cido clor+'drico 0 HCl 1 6, +asta la desa"arici)n del "reci"itado y nueva#ente se adiciona gota a gota +idr)-ido de sodio 0 NaOH 1 6
EQUILIBRIO DEL ION COMPLEJO TIOCIANATO FERRICO. Se agreg) en un vaso de "reci"itados > #L de tiocianato de "otasio 0 KSCN 1 :,4 6 y > #L de una disoluci)n de cloruro frrico 0
eCl3
1 Se diluyo la #ezcla en : #L de agua destilada "ara dis#inuir la intensidad del color, con el "ro")sito de o$tener una #e*or o$servaci)n de los ca#$ios ocurridos A cuatro tu$os de ensayo se le a@adieron 9 #L de la disoluci)n anterior#ente "re"arada Se adiciono 4 #L de cloruro frrico 0 e Cl3 1 :,4 6 al "ri#er tu$o de ensayo, al segundo se le adiciono 4 #L de tiocianato de "otasio 0 KSCN 1 :,4 6, al tercer tu$o de ensayo se le a@adi) cinco gotas de NaBH 6 Eventual#ente se for#) un color
a#arillo "ardo de Fe0BH1 > al cual se le a@adi) gota a gota HCl 6, el últi#o tu$o de ensayo sirvi) de referencia "ara los otros tres Por últi#o se co#"ar) la intensidad relativa del co#"le*o
0,03 $oles NaOH
40 % NaOH
=
1 $ol NaOH
1,2 %NaOH
HCL
EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE EL EQUILIBRIO Se adicion) en un tu$o de ensayo seco > #L de una disoluci)n en #etanol 0CH>BH1 de cloruro de co$alto +e-a+idratado 0CBCl =H=B1 :,4 6, luego se le a@adieron unas gotas de %cido clor+'drico 0HCl1 concentrado y "osterior#ente se calent) en $a@o 6ar'a a una te#"eratura a"ro-i#ada de D: C y se o$servaron los ca#$ios "roducidos
RESULTADOS RESULTADOS
Y
EQUILIBRIO DE ÁCIDO BASE.
ANALISIS
DE
INDICADORES
Soluciones a 6. NaBH ! =
nsto nsto =6 ! = 0.05 " "sln
nsto = 0,6 ! # 0.05 =0,03 $oles NaOH .
!
=
nsto
nsto "sln
=
=
0,6
=
0,6 # 0.05
0,03 $oles HCl
nsto 0.05 "
=
0.03 $oles HCl
36,45 % HCl 1 $ol HCl
#
1 $l 1,19 %
#
100 37
Al reaccionar el NaBH con la fenolftale'na esta#os +a$lando de una reacci)n acido$ase, "or este #otivo al agregar dos gotas de NaBH 0$ase1 a la disoluci)n de la fenolftale'na 0%cido1 se not) un ca#$io de color rosa, lo (ue se +ace en ese "roceso es des"lazar el e(uili$rio (u'#ico +acia la for#a $%sica de la fenolftale'na Posterior#ente al agregar seis gotas de %cido clor+'drico 0HCl1 lo (ue ocurre es (ue se neutraliza la fenolftale'na de*%ndola sin color alguno 0ver figura 41
=2,48 $l Hcl
= 7=CrBI = HCl = 7Cl HCl
7 =Cr =BD
Figu! ". E#ui$i%i& '( $! )(*&$)+!$(i*!
EQUILIBRIO DEL ION CROMATO DICROMATO. El dicro#ato de "otasio, al disolverse en el agua, se disocia for#ando los iones dicro#ato Cr =BD=G, (ue "ro"orcionan un color naran*a a la disoluci)n, seguido a esto al agregarle gota a gota el NaBH la disoluci)n se torna de color a#arillo intenso, esto se de$e a (ue los iones agregados se neutralizan y estos #is#o ya no sufren ningún efecto +aciendo (ue el dicro#ato vuelva a su estado original (ue es el cro#ato 7=Cr =BD = NaBH 7 =CrBI Na=CrB= H=B Luego de (ue la disoluci)n este en color a#arillo se le agrega una vez #%s gota a gota +idr)-ido de sodio 0NaBH1 "ara (ue el color vuelva a su color original 0naran*a1, esto se de$e a (ue se for#a co#o reactivo dicro#ato y agua0ver figura =1
Figu! ,. E#ui$i%i& '($ i&* &!+& 'i&!+&
E#ui$i%i& '( /(i/i+!i0* &!+& '( %!i&.
'($
&e igual for#a (ue en el "rocedi#iento anterior se agreg) gota a gota NaBH a la disoluci)n de dicro#ato de "otasio +asta (ue se tornara un color a#arillo 041, esta disoluci)n al ser #ezclada con cloruro de $ario for#a cro#ato de $ario (ue se "reci"ita en el fondo del tu$o de ensayo 0=1 Luego "ara desa"arecer ese "reci"itado se le agreg) %cido clor+'drico el cual +izo (ue la disoluci)n vuelva a tener un color naran*a, esto se de$e a (ue el HCl desa"arece los iones de cro#ato de*ando as' (ue a"arezcan los iones de dicro#ato 0>1 7=Cr =BD = NaBH Na=CrB= H=B 041 CrBI= 3a=
7 =CrBI
3aCrBI 0=1
= 3aCrB I = H CrBD= H=B 0>1
= 3a =
Por lo tanto, se "uede decir (ue acidificando el #edio en (ue se encuentra el "reci"itado de cro#ato de $ario anterior se conseguir% re disolverlo, "or for#aci)n de i)n dicro#ato, según el "rinci"io de Le C+atelier
E#ui$i%i& '($ +i&i!*!+& )2i&
i&*
&/$(1&
Se o$serv) (ue al disolver > #L 7CSN al :4 6 con la disoluci)n de cloruro frrico la #ezcla o$ten'a un color ro*o, este ca#$io de color se de$e a (ue si agrega#os iones de SCN, au#enta la concentraci)n de este en el e(uili$rio? luego, según el "rinci"io de Le C+atelier el e(uili$rio se des"lazara +acia la derec+a au#entado la concentraci)n del ion Fe0SCN1 K> "or lo tanto el color ro*o se intensifica El e(uili$rio din%#ico entre los tres iones es. Fe> 0ac1 SCN 0ac1 Fe0SCN1 K> Posterior#ente, se a@adi) 9 #L de esta disoluci)n a I tu$os de ensayo siendo el cuarto solo de referencia
Se o$serv) (ue el tu$o 4 (ue tiene e-ceso de FeCl>, la intensidad del color ro*o au#enta esto nos dice de #anera cualitativa (ue +ay #%s
cantidad del i)n Fe 0SCN1K > en la #ezcla en e(uili$rio0ver figura >1 Al contrario, en el tu$o = (ue tiene e-ceso de tiocianato se o$serva (ue la intensidad $a*a y se torna un color anaran*ado oscuro esto (uiere decir, (ue el i)n co#"le*o no est% tan "resente0ver figura >1 Al tercer tu$o se le agreg) gotas de NaBH 6 y se o$serv) c)#o ca#$i) total#ente de color ro*o sangre a a#arillo "ardo? esto se de$e a (ue si agrega#os NaBH los iones BH reaccionan con los iones Fe > for#ando Fe0BH1 > un s)lido insolu$le de #anera (ue a@adir NaBH es e(uivalente a reducir la concentraci)n de iones Fe > "or lo (ue según Le C+atelier el e(uili$rio se des"laza +acia la iz(uierda dis#inuyendo el color ro*o al +acerlo la concentraci)n del ion Fe0SCN1 K> 0ver figura >1 Se le agreg) HCl y al ca$o de "ocos #inutos se not) un "reci"itado de +idr)-ido frrico, (uedando visi$le#ente dos fases en la #ezcla El ca#$io de color nos dice según el "rinci"io de Le C+atelier (ue el i)n co#"le*o no se est% for#ando y (ue la direcci)n de des"laza#iento de la reacci)n ca#$ia es reversi$le En la siguiente figura se #uestran los resultados o$tenidos res"ectiva#ente.
Figu! 3. E#ui$i%i& '($ i&* 4F(5SCN6783-
E)(+& '( $! T(/(!+u! 9&%( ($ (#ui$i%i&. Se coloc) en un tu$o de ensayo seco > #L de disoluci)n en #etanol de CoCl=H=B :,49 6 color rosa claro Seguida#ente se a@adi) unas gotas de %cido clor+'drico concentrado, y se calent) al M$a@o 6ar'aM +asta unos 9D: C En #inutos la soluci)n "as) de ser rosa claro a azul0ver figura I1Esto (uiere decir, según C+atelier (ue al au#entar la te#"eratura la sustancia de*a de estar en e(uili$rio y esto da lugar a un des"laza#iento ya sea "ara la iz(uierda o derec+a +asta (ue vuelva a e(uili$rio? en este caso se torn) azul "or la "resencia del i)n 0CoClI1 -= (ue es un co#"le*o i)n tetradrico, "ues al eva"orarse el agua +acia el a#$iente de$ido a la $a*a +u#edad relativa el e(uili$rio se des"laza al co#"le*o tetradrico 3asando todo el an%lisis en el "rinci"io de Le C+atelier conclui#os (ue la reacci)n en la "r%ctica fue E-otr#ica
Figu! . E)(+& '( $! +(/(!+u! 9&%( ($ (#ui$i%i&
CONCLUSIONES. Se "uede concluir (ue la concentraci)n y la te#"eratura tienen gran i#"ortancia a la +ora de tener una reacci)n en e(uili$rio, es un factor clave ya (ue la te#"eratura "uede variar Ade#%s se concluye (ue la te#"eratura #odifica los reactivos de"endiendo del co#"uesto Cuando la concentraci)n de cada una de las sutancias o reactivos se esta$iliza, es decir, se gastan a la #is#a velocida (ue se for#an, se llega al e(uili$rio (ui#ico Pode#os concluir (ue el "rinci"io de Le C+atelier se cu#"le "ara las recciones tra$a*adas en el la$oratorio
BIBLIOGRAFÍA =1 41 Ro$ert O Parry, 5u'#ica. funda#entos e-"eri#entales 0"ag9D1
E-"o de La$oratorio = de 3ac+illerato 5u'#ica
