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EQUILIBRIO QUÍMICO HOMOGENEO EN LA FASE LIQUIDA 1. Objeti Objetivos vos Rea$i%ar e$ est!dio de$ estado de e!i$ibrio & deter#i'ar $a co'sta'te de e!i$ibrio (ara !'a reacci)' !"#ica e' *ase $i!ida+
2. Fundamento Fundamento Teorico Teorico ,ocas reaccio'es !"#icas (rocede' e' !'a so$a direcci)'+ La #a&or"a so' re-ersib$es a$ #e'os e' cierto .rado+ A$ i'icio de$ (roceso re-ersib$e/ $a reac re acci ci)' )' (roc (r oced ede e 0acia 0acia $a *or#a *or#aci)' ci)' de de (rod!ct (rod!ctos+ os+ T Ta' a' (ro'to (ro'to co#o co#o se se *or#a' a$.!'as #o$c!$as de (rod!cto/ e$ (roceso i'-erso se co#ie'%a a estab$ estab$ece ecerr & $as #o$c #o$c!$a !$ass de de reac reactiti-o o se se * or#a' or# a' a (art (a rtir ir de $as $a s #o$ c!$ c !$as as de ( rod!cto+ E$ e !i$ibri o !" #ico se a$ ca'%a c!a'do $as -e$oc -e$ocid idad ades es de $as reaccio'es directa e i'-ersa se i.!a$a' & $as co'ce'tracio'es 'etas de$os reacti-os & (rod!ctos (er#a'ece' co'sta'tes+ E' e$ e!i$ibrio !"#ico (artici(a' disti'tas s!sta'cias co#o reacti-os & (rod!ctos+ E$ e!i$ibrio e'tre dos *ases de $a #is#a s!sta'cia se de'o#i'a e!i$ibrio *"sico+ RELACIÓN ENTRE CINÉTICA QUÍMICA Y EQUILIBRIO EQUILIBRIO QUÍMICO El valor de la constante de equl!ro "# es constante a una te$%eratura dada & no $%ortan las varacones de cada una de las concentracones de equl!ro' Este (ec(o se %uede entender s se consdera la cn)tca de las reaccones qu*$cas & al $s$o te$%o sse anal+an los %rocesos de equl!ro' equl!ro' ,u %o n- a qu e la s -u e nt e re ac c . n re ve r s !l e se ll ev a a ca ! o % or un $e ca n s $o qu e consta consta de un solo solo %aso ele$en ele$ental tal tanto tanto en la drecc drecc.n .n drecta drecta co$o co$o en la nversa
FACT2RE QUE INFLUYEN EN LA 4EL2CIDAD DE REACI2N C!a'do se est!dia !'a reacci)' se (!ede estab$ecer !e s! -e$ocidad de(e'de (ri'ci(a$#e'te de c!atro *actores5 'at!ra$e%a & co'ce'traci)' de $os reaccio'a'tes/ te#(erat!ra & (rese'cia o a!se'cia de cata$i%adores+ •
Naturaleza de los reaccionantes
Desde e$ (!'to de -ista *"sico i'6!&e e$ ta#a7o de $a (art"c!$a+ E' reaccio'es 0etero.'eas 8#9s de !'o *ase:/ #ie'tras #a&or sea $a s!(er;cie de co'tacto/ #a&or ser9 $o -e$ocidad de $a reacci)'+ Desde e$ (!'to de -ista !"#ico/ o 'at!ra$e%a de $os reaccio'a'tes reaccio'a'tes est9 "'ti#a#e'te $i.ada co' e$ orde'a#ie'to de $os 9to#os e' $as s!sta'cias !e reaccio'a' 8*or#a #o$ec!$ar: & co' $a *!er%a & '!#ero de e'$aces+ Estos *actores i'6!&e' e' $a e'er."a de acti-aci)' & (or ta'to e' $a -e$ocidad de reacci)'+
<
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Las reaccio'es e'tre io'es si#($es so' ta' r9(idas !e 'o se (!ede' #edir (or #todos corrie'tes+ L$e.a' a$ e!i$ibrio casi i'sta't9'ea#e'te/ i'sta't9'ea#e'te/ co#o s!cede e' $a -a$oraci)' de !' 9cido co' !'o base5 => > C$? > Na> > 2=? =<2 > Na> > C$? No oc!rre $o #is#o co' $as reaccio'es !e i'-o$!cra' #o$c!$as co' e'$aces co-a$e'tes/ (or e@e#($o5 M'2 > BC<2 > =<2 > => M'>< > 1C2< > =<2 Estas so' $e'tas (!es se debe' ro#(er e'$aces5 si' e#bar.o/ e' a#bos casos 0a& ece(cio'es+ •
Concentración.
e co#(r!eba e(eri#e'ta$#e'te !e $a -e$ocidad de !'a reacci)' !"#ica 0o#o.'ea de(e'de de $as co'ce'tracio'es de $os reacti-o e $$a#a reacci)' 0o#o.'ea $a !e se (rod!ce e' !'a so$a *ase & se $$a#a 0etero.'ea a!e$$a !e (recisa dos (or $o #e'os+ Reacciones heterogénea: e' este ti(o de reaccio'es reaccio'es se 0a -isto !e $a
-e$ocidad de reacci)' es (ro(orcio'a$ a$ 9rea de $a s!(er;cie de co'tacto e'tre $as *ases+ Reacciones homogéneas: e' estas reaccio'es $a -e$ocidad de(e'de de $a
co'ce'traci)' 8#asa (or !'idad de -o$!#e': de $os reacti-os dis!e$tos+ La diso$!ci)' (!ede ser $i!ida o .aseosa E' e$ (ri#er caso es *actib$e a$terar $a co'ce'traci)' de !' reacti-o a7adie'do #9s ca'tidad o se(ara'do !'a (orci)'/ o bie' ca#bia'do e$ -o$!#e' de$ siste#a (or adici)' o s!stracci)' de diso$-e'te+ Es re.$a .e'era$ !e $a -e$ocidad de !'a reacci)' a!#e'ta c!a'do se a!#e'ta $a co'ce'traci)' de $os reaccio'a'tes+ Esta obser-aci)' (!ede i'ter(retarse e' *!'ci)' de $a teor"a de $as co$isio'es5 #ie'tras #a&or sea e$ '#ero de $as #o$c!$as reaccio'a'tes/ #a&or ser9 $a *rec!e'cia de $as co$isio'es tota$es &/ (or ta'to/ de s!s co$isio'es e$ecti-as & #a&or ca'tidad de reaccio'a'tes reaccio'a'tes se tra's*or#a' e' (rod!ctos e' #e'or tie#(o+ ,ara e$ caso de .ases idea$es5 e' $a e(resi)' , 'RTH4/ 'H4 re(rese'ta e$ '#ero de #o$es (or !'idad de -o$!#e'/ o sea co'ce'traci)'+
•
Temperatura
Co' #!& (ocas ece(cio'es/ $a -e$ocidad de !'a reacci)' !"#ica/ a co'dicio'es deter#i'adas de co'ce'traci)'/ a!#e'ta a$ a!#e'tar $a
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te#(erat!ra+ Este i'cre#e'to se debe a !e a a$tas te#(erat!ras se a!#e'ta La (ro(orci)' de #o$c!$as co' e'er."a s!;cie'te (ara reaccio'ar+
•
Catálisis+
U' cata$i%ador es !'a s!sta'cia !e a!#e'ta $a -e$ocidad de !'a reacci)' !"#ica si' co's!#irse e' $a reacci)'+ U' cata$i%ador (!ede rec!(erarse si' 0aber s!*rido ca#bio a$.!'o a$ ;'a$ de $a reacci)'+ E$ cata$i%ador se escribe sobre $a 6ec0a e' $a ec!aci)' !"#ica/ (!esto !e !' cata$i%ador 'o a*ecta $a este!io#etria .e'era$ de $a reacci)'+ La so$a (rese'cia de !' cata$i%ador 'o ca!sa e$ e*ecto sobre a -e$ocidad de $a reacci)'+ U'a reacci)' cata$i%ada se rea$i%a (or !' Ca#i'o o #eca'is#o di*ere'te de$ !e si.!e $a reacci)' !e 'o est9 cata$i%ada+ U' cata$i%ador traba@a a$ bri'dar !' '!e-o ca#i'o (or e$ c!a$ (!eda e*ect!arse $a reacci)'+ E$ ca#i'o cata$i%ado tie'e !'a e'er."a tota$ de acti-aci)' #e'or !e e$ 'o cata$i%ado/ $o c!a$ e($ica $a #a&or ra(ide% de $a -e$ocidad de reacci)'+
La constante de equilibrio
La #a.'it!d de $a co'sta'te de e!i$ibrio i'dica si !'a reacci)' e' e!i$ibrio es *a-orab$e a $os (rod!ctos o a $os reacti-os+ i K es #!c0o #a&or !e 1 8es decir/ K 1:/ e$ e!i$ibrio se des($a%ar9 0acia $a derec0a & *a-orecer9 a $os (rod!ctos+ ,or e$ co'trario/ si $a co'sta'te de e!i$ibrio es #!c0o #e'or !e 1 8es decir/ K JJ 1:/ e$ e!i$ibrio e des($a%ar9 a $a i%!ierda & *a-orecer9 a $os reacti-os E' este co'teto/ c!a$!ier '#ero s!(erior a 1 se co'sidera !e es #!c0o #a&or a 1/ & !' '#ero #e'or a +1 si.'i;ca !e es #!c0o #e'or !e 1+ A!'!e e$ !so de $os tr#i'os Kreacti-os & K(rod!ctos (!diera res!$tar co'*!so (or!e !'a s!sta'cia !e es !' reacti-o e' $a reacci)' 0acia $a derec0a ta#bi' es e$ (rod!cto de $a reacci)' 0acia $a i%!ierda/ esta ter#i'o$o."a es co'.r!e'te co' $a co'-e'ci)' de !e $as s!sta'cias escritas a$ $ado i%!ierdo de $as 6ec0as de e!i$ibrio se co'sidera' co#o Kreacti-os/ & $as !e est9' a$ $ado derec0o/ co#o K(rod!ctos
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K Cc Dd
A a Ob
3. DATOS DATOS Y RESULTADOS: RESULTADOS: Datos expe!"e#ta$es %o$&"e#es %o$&"e#es 'e ea(t!)os e# "L Fas(o N*
HCl 3N
+
CH3COOH
C2H5OH
5,0
5,0
CH3COOC2H5
H2O
5,0
5,0
, 3
5,0
-
3,0
1,0
4,0 1,0
4,0
Tabla Tabla 1. Mezcla de reactivos para la reacción
Datos !$!o/01!(os S2sta#(!a
De#s!'a' a ,*C 4/5("36
Masa "o$a 4/5"o$6
HC$ CH3COOH
1,04
3!,5
1,05
!0,0
C,HOH
0,"#3
4!,0
CH3COOC,H
0,01
##,0
H,O
0,
1#,0
Tabla 2. $atos %iblio&r'(icos
7op!e'a'es 8 pe$!/os!'a' S2sta#(!a HC$ CH3COOH
7op!e'a'es 1!s!(o92"!(as )i*+ido incoloro o leveente aarillo, es +no de los 'cidos (+ertes enos peli&rosos de ane-ar s +n 'cido dbil *+e se enc+entra en el vina&re
7e$!/os!'a' s irritante / corrosivo, p+ede prod+cir *+ead+ras a la piel l 'cido actico concentrado es corrosivo
B
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C,HOH
s +n alcool *+e a c.n. es +n l*+ido incoloro e in(laable
incoloro,, CH3COOC,H l acetato de etilo es +n l*+ido incoloro caracterstico de los steres, no resid+al.
(ecta el sistea nervioso nervioso central, provocando e+(oria, areos, etc. rod+cto in(laable, es irritante de piel / vas respiratorias.
Tabla Tabla 3. ropiedades (isico*+icas / peli&rosidad de las s+stancias
E(2a(!o#es 92e se 2saa# paa $$e)a a (ao $os (0$(2$os m =V . d
+.
n
,.
=
m M
¿ Eq acidos=¿ Eq NaOH
3.
$onde 6asa, 76vol+en, d6densidad, n6oles, M6asa olar, e*6e*+ivalentes, ni6oles iniciales, n( 6oles 6oles (inales
+a t!t2$a(!;# Fas(o N*
% 'e so$2(!;# 4"L6
% 'e NaOH <=N 4"L6
+ ,
2
33,0
2
1,"5
3
2
13,#5
-
2
!,25
Tabla 4. 7ol8enes +sados en la 1 ra tit+lación
,'a t!t2$a(!;#4e92!$!!o6 t!t2$a(!;#4e92!$!!o6 Fas(o N*
% 'e so$2(!;# 4"L6
% 'e NaOH <=N 4"L6
+ ,
2
2!,!
2
5,2
3
2
20,"
-
2
13,!
Tabla !. 7ol8enes +sados en la 2da tit+lación
P
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7!"eo >a$$ae"os $as "o$es 'e $os ea(t!)os e# (a'a 1as(o 2sa#'o $as e(2a(!o#es + 8 ,: Mo$es 'e $os ea(t!)os 4""o$6 Fas(o N* + , 3 -
CH3COOH
C2H5OH
CH3COOC2H5
H2O
1",5
1",02
9
9
9
9
10,24
55,0
3,5
9
#,1
9
9
4,2!
10,24
9
Tabla ". Moles de los reactivos al inicio de la reacción
E# e$ e92!$!!o +6 7!"e 1as(o CH3COOH:l; < C2H5OH:l; =nicio 9
1",5
>eacciona *+ilibrio
1",02
???9@ 1",59@
ero
9
9@
<@
1",029@
@
<@?? @
A* CH 3COOH 6 A* NaOH :nCH3COOH; :; 6 :NNaOH;:7NaOH; , 1",5 B @ 6 13,3 X . X
16
CH3COOC2H5:l; < H2O:l;
( 17,5− X )( 17,02 − X )
6
61
nCH3COOH 6 13,3 ol
@ 6 4,2ol
( 4,2 )( 4,2 ) (13,3 )( 12,82)
1 6 1,034 D 10 91
,6 Se/2#'o 1as(o CH3COOC2H5:l; < H2O:l; =nicio 9 >eacciona *+ilibrio
10,24 ???9@ 10,249@
CH3COOH:l; < C2H5OH:l;
55,0 9@ 55,09@
9 <@ @
<@?? @
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ero
A* CH 3COOH 6 A* NaOH :nCH3COOH; :; 6 :NNaOH;:7NaOH; ,
61
nCH3COOH 6 2,! ol
26
X . X ( 10,24 − X )( 55,0− X )
(2,6 )( 2,6 ) (7,64 )( 52,4 )
6
@ 6 2,!ol 2 6 1,!##! D 10 92
36 Te(e 1as(o CH3COOC2H5:ac; < H2O:l; =nicio 9
#,1
>eacciona
ero
9
???9@
*+ilibrio
CH3COOH:ac; < C2H5OH:ac;
3,5
9
#,19@
<@
9
3,5< @
@
A* CH3COOH < A* HCl 6 A* NaOH :nCH3COOH; :E; <:NHCl; :7HCl;6 :NNaOH;:7NaOH; , E61 3,5 < @ 6 ",35
36
<@??
X . ( 3,5 + X ) ( 8,19− X )
6
(3,85 )( 7,35) (4,34 )
nCH3COOH 6 ",35 ol
@ 6 3,#5ol .1093
3 6 !,52 D 10 93
-6 C2ato 1as(o CH3COOC2H5:ac; < H2O:l; =nicio 4,2!
10,24
>eacciona *+ilibrio ero
???9@ 10,249@
CH3COOH:ac; < C2H5OH:ac;
9
9
9
<@
9
<@
<@?? 4,2!<@
A* CH3COOH < A* HCl 6 A* NaOH :nCH3COOH; :E; <:NHCl; :7HCl;6 :NNaOH;:7NaOH; , E61
nCH3COOH 6 4,55 ol
@ 6 4,55ol
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X . ( 4,26 + X )
46
(10,24− X )
Frasco NG Cte. $e e*.
6
( 4,55 )( 8,81 ) ( 5,69)
.1093
4 6 ",045 D 10 93
1 2 3 91 92 1,034 D 10 1,!##! D 10 !,52 D 10 93 Tabla Tabla #. Constantes de e*+ilibrio de las +estras
4 ",045 D 10 93
E?e"p$o 'e e92!$!!o 92"!(o >o"o/@#eo e# 1ase $92!'a 'e $a ea((!;#. teperat+ra teperat+ra abiente :20GC;, se ezclan inicialente inicialente 2 oles de 'cido actico :CH3COOH:l;;, con 2 oles de alcool etlico:C 2H5OH:l;;. n la reacción se (ora acetato de etilo :CH 3COOC2H5:l;; / a&+a. l &rado de conversión del 'cido / del alcool (+e de 25 asta lle&ar al estado de e*+ilibrio c. CH3COOH:l; < C2H5OH:l;
CH3COOC2H5:l; < H2O:l;
Iol+ción l e*+i e*+ili libr brio io es oo oo& &ne neo o por* por*+e +e toda todas s las las s+st s+stan anci cias as est' est'n n en (ase (ase l*+ l*+id ida. a. =nterpre =nterpretand tando o este*+io este*+iot trica ricaente ente la ec+ación ec+ación *+ica *+ica,, a(irare a(irareos os *+e c+ando c+ando reacciona 1 ol de 'cido con 1 ol de alcool, se (orar' 1 ol de acetato de etilo / 1ol de a&+a. CH3COOH:l; < C2H5OH:l; n inicial
2ol
n cons+ido
@
n (orado
9
*+ilibrio or dato
29@
2ol
CH3COOC2H5:l; < H2O:l; 9
9
@
9
9
9
<@
<@
@
@
29@
@6 25:2; 6 0,5 ol
n e*+ilibrio teneos
n 'cido 6n alcool 6 290,5 6 1,5 ol n acetato 6 n a&+a 6 0,5 ol
c 6
(
0,5
(
1.5
V
V
)(
0.5
)(
1.5
V
V
) )
61,111.1091
S
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-. DISCUSION DE RESULTADO: 1.9 n la reacción de e*+ilibrio del prier (rasco se obtiene *+e la c 6 1,034.10 91 a 1GC, en tanto del e-eplo il+strado se observa *+e c 6 1,111.10 91 a 20GC. or edio de coparación la constante de e*+ilibrio presenta varianza al cabio de la tep teper erat at+r +ra, a, coo coo se eDpl eDplic ica a teór teóric ica aen ente te se&8 se&8n n la teor teora a de coli colisi sion ones es,, al increentarse la teperat+ra a+enta la ener&a cintica de las olc+las , por lo tanto abr' a/or n8ero de olc+las con ener&a s+(iciente:cJactivación s+(iciente:cJactivación;; para realizar el co*+e e(icaz, ade's la (rec+encia de colisiones se increentar', son estas las razones *+e eDplican la variación directa entre la teperat+ra / la constante de e*+ilibrio. ora bien ediante la entalpa est'ndar
log (
l c+al si KHJ0, LT KH0= LT
K 2 K 1
)=
∆H°
2.303 R
(
1 1 − ) T 1 T 2
2J1 21
2.9 >ealizando las coparaciones de c de cada (rasco teóricaente, / eDistiendo +na aproDiación +/ cercana, este se toara coo el cociente de reacción :;, *+e estara +/ cercano a la constante de e*+ilibrio :c;.
. OBSE OBSER% R%A ACION CIONES ES •
• •
•
$esp $esp+ +s s *+e *+e la +es +estr tra a a/a a/a sido sido tit+ tit+la lada da se obse observ rvó ó *+e *+e el colo colorr iba iba disin+/endo con(ore transc+rra el tiepo )a +estra tit+lada era +/ sensible /a *+e al a&itar +n poco desapareca el color n la se&+nda +estra se (oraban dos (ases poco sol+bles *+e debieron ser a&itadas (+erteente para oo&enizarla l vol+en +tilizado de NaOH de la se&+nda tit+lación a+enta con respecto a la priera tit+lación, con eDcepción de la priera +estra
. CONC CONCLU LUSI SION ONES ES
•
nalizando nalizando las constantes constantes de e*+ilibrio *+e disin+/e de +na +estra a otra, / esto conc+erda relativaente con los datos teóricos en la *+e la reacción de ne+tralización acido9base es la as (actible l vol+en +sado de NaOH a+enta debido a *+e a/ +na a/or concentración de 'cido actico, esto oc+rre en las tres 8ltias +estras, en las *+e el 'cido actico es +n prod+cto, es por esto *+e a+enta a+enta s+ concentración.
. B!$ B!$!o !o/ /a1 a1!a !a
1
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•
C(an-# Ra&$ond' Qu*$ca# /)c$a edc.n# edtoral MCGRa?=iLL/ M)0co 1232' 45-' 6367638
8. Apéndi Apéndice ce E$ e!i$ibrio !"#ico es !' i'dicador !e te (er#ite deter#i'ar $a ca'tidad de (rod!cto !e (odr"as obte'er a !'a deter#i'ada te#(erat!ra & -e$ocidad des(!s de !' $a(so de tie#(o !'a -e% oc!rrido esto e$ resto (er#a'ecer9 co'sta'te es decir 0abr9 a$ca'%ado e$ e!i$ibrio & si es !e se (rese'ta a$.' a.e'te eter'o/ e$ siste#a reaccio'ara de ta$ #a'era !e dic0a (ert!rbaci)' se -er9 co'trarrestada a$ca'%a'do as"/ !' '!e-o estado de e!i$ibrio 8Le& de Le C0ate$ier:+ Tie'e !'a !'a i';'idad de de a($icacio'es & es (artici(e (artici(e e' casi todas todas $as acti-idades acti-idades de $os seres -i-os+ E' $a i'd!stria cer-ecera es #!& !sada (ara deter#i'ar e$ tie#(o & -e$ocidad de $a *er#e'taci)'+ E' $a #edici'a5 ,ara $as o(eracio'es a$ cora%)' se a$tera e$ e!i$ibrio !"#ico dis#i'!&e'do $a te#(erat!ra a !'os °C (ara !e $os (rocesos #etab)$icos sea' #9s $e'tos & as" #i'i#i%ar $os da7os (rod!cidos a $os te@idos+
