INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas
LABORATORIO DE TERMODINAMICA DEL EQUILIBRIO QUIMICO
PRÁCTICA No. 4 Equilibrio Químico Simultáneo
“
”
Profesor: Jesús Carlos Sánchez Ochoa
Grupo: 2IM45
Integrantes:
Equipo: 2
Firma:
García Cortes Cesar Bryan
__________________ _________________ _
García Salinas Sergio Daniel
__________________ ______________ ____
Muñoz Ángeles Paulina
__________________ ____________ ______
Rojas Medrano Madeleine Ariadna
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Introducción Todos los procesos químicos evolucionan desde los reactivos hasta la formación de productos a una velocidad que cada vez es menor, ya que a medida que transcurren, hay menos cantidad de reactivos. Por otro lado, según van apareciendo moléculas de los productos, estas pueden reaccionar entre sí y dar lugar nuevamente a reactivos, y lo hacen a una velocidad mayor, porque cada vez hay más. El proceso continúa hasta que la velocidad de formación de los productos es igual a la velocidad de descomposición de estos para formar nuevamente reactivos. Es decir, se llega a la formación de un estado dinámico en el que las concentraciones de todas las especies reaccionantes (reactivos y productos) permanecen constantes. Ese estado se conoce como equilibrio químico. El equilibrio químico se establece cuando existen dos reacciones opuestas que tienen lugar simultáneamente a la misma velocidad. En términos de velocidad, se puede expresar como:
⇋
vd= velocidad de formación de los productos (velocidad directa) vi= velocidad de descomposición de los productos (velocidad inversa) Cuando ambas velocidades se igualan, se considera que el sistema está en equilibrio. Constante de Equilibrio: En 1864 Guldberg y Waage encontraron de manera experimental con una temperatura constante una ley que relacionaba las concentraciones de los reactivos y productos en el equilibrio con una magnitud, que se determinó constante de equilibrio; que dice que las concentraciones son las mismas independientemente de la concentración inicial en el equilibrio:
Grado de disociación:
=
Es el cociente entre el número de moles disociados dividido entre el número total de moles iniciales
∝= = |°
Multiplicando el cociente por cien, obtendríamos el grado de disociación,
∝%
Dimerización: Una reacción química en la que dos moléculas de subunidades idénticas (monómeros) forman una estructura química única, denominada dímero . La ley de distribución de Nernst: Establece que una sustancia se distribuye entre dos solventes hasta que en el equilibrio se alcanza una relación constante de actividades de la sustancia en las dos capas para una temperatura establecida. Una vez alcanzado el equilibrio, el potencial químico del soluto será el mismo en ambas fases: 1= 2 .
Cuando las soluciones son diluidas y el soluto se comporta idealmente, la actividad es prácticamente igual a la concentración y el coeficiente de reparto se expresa como la relación de concentraciones (K=C1/C2). El coeficiente de reparto es una constante de equilibrio, depende de la temperatura y de la naturaleza de los solventes y soluto involucrados, y no de la cantidad de los solventes y soluto (siempre y cuando se trabaje a concentraciones relativamente diluidas para cumplir con la Ley de Nernst). Dicha Ley de Distribución sólo se aplica a especies moleculares simples. La relación C1 /C2 no se mantiene constante cuando el soluto está ionizado, polimerizado o solvatado en un solvente y no en el otro. La Ley de Nernst sólo es exacta cuando se usa una pequeña cantidad de soluto. La adición de grandes cantidades de la sustancia distribuidora generalmente aumenta las solubilidades mutuas de los dos solventes, que eran insolubles entre sí, y el aumento puede ser talen algunos casos como para formar una simple fase líquida de tres componentes.
MODELO TEORICO Ley de Nerst
= ∗ = ∗ = ∗ ∗ ∗ ∗ = [ ] P,T cte
Se obtiene la K de distribución (K D)
= …. Ley de Nerst
=
→
Parte Experimental
Se preparan 6 sistemas
…(1) =
Sistema
Agua (ml)
HBz en tolueno (ml)
Tolueno puro (ml)
I II III IV V VI
25 25 25 25 25 25
4 8 12 16 20 25
21 17 13 9 5 0
Se agita alrededor de 20 minutos
Concentración de HBz en agua (fase acuosa)
=
Donde: CA= Concentración del ácido (mg/ml)
VA= Volumen de la fase acuosa (ml) NNAOH= Normalidad del titulante (N) Vm= Volumen de la alícuota (ml)
Concentración de HBz en tolueno (fase orgánica)
=
Donde: CT= Concentración del tolueno (mg/ml) VT= Volumen de la fase orgánica (ml) NNAOH= Normalidad del titulante (N) Vm= Volumen de la alícuota (ml)
A partir de puentes de hidrogeno se forman dímeros
→+−
Con esto se obtiene K de ionización (K A)
+− = @° =6.310− =(1)…(4) + − KA
Inicio Durante
En el equilibrio
CA -x
x
x
CA - x
x
x
= . =
Para obtener el grado de ionización
-Despejando x
-Sustituyendo
= ∗
∙ ∙ = (1) ∴ = (1)
Pasa de un monómero acido a un dimero acido
2 …(2) = = 2 …(3) = …(1′) = …(2′) = 2{ }…(3′) = (1)2 ()∙ ()…(3′′)
Se obtiene una dimerización K M
Se despeja (1) y (2)
Se sustituye (1’) y (2’) en (3)
Se sustituye (4) en (3’)
Se sustituye (1’) en (3’’)
= (1) 2 ∙ …(3′′′) = (1)2 (1) = 2 (1) (1)
Por último, se sustituye (4) en (3’’’)
Finalmente se obtiene el modelo requerido
CALCULOS Y RESULTADOS.
Sistema
Fase acuosa
() ()
Fase orgánica
Ca
CT
x
1.35
3.1
0.002025
0.00465
0.00032706
1.95
6.4
0.002925
0.0096
0.0003989
0.136376068
3.800324611
0.0025261
2.55
9.9
0.003825
0.01485
0.0004604
0.120366013
4.413600428
0.0033646
3.1
14
0.00465
0.021
0.00051066
0.109819355
5.073272551 0.00413934
3.6
17.6
0.0054
0.0264
0.0005497
0.101796296
5.442962291
4.2
23.6
0.0063
0.0354
0.00059928
0.09512381
1 0.161511111 2.738612672
0.00169794
2 3 4 5 0.0048503
6
6.209741927 0.00570072
Calculo de Ca:
=1.35 =0.015/ =10 1.35∗0.10 015/ =0.002025/ = = ,
,
Cálculo de CT:
3.1∗0.10 015/ = 0.00465/ = =
Cálculo de
=.∗− ∙ = (1)
para ácido benzoico a 20°C
0. 0 02025 ∙ − 6. 3∗10 = (1)
Resolviendo:
=
0.16151111
Cálculo de x
= ∗ =0.1615111 ∗0.002025=0.00032706
Cálculo de
(−)
= 0.00465 ∗(10.1615111)=2.73861267 (1) 0.002025 (1) (1)=0.002025(10.1615111)=0.00169794
Cálculo de
Graficando
(y) vs () (x) (−)
7
y = 828.28x + 1.5375 6
) 5 )
−
(
A
( 4 ( / T
3
2
1
0 0
0.001
0.002
0.003
0.004
A (1−)
Cálculo de KD y KM:
= 2 (1) (1) = () ()= ==828. 28 2 8 = 2∗ = 2∗ 828. (1.5375) =175.193079
Donde:
K D=
b = 1.5375
0.005
0.006
CONCLUSION
De acuerdo a los resultados obtenidos, se llegó a la conclusión que se encuentra una mayor proporción del dimero de ácido benzoico dentro de la fase orgánica del Tolueno. Esto debido a que la K M es de valor mucho mayor que los valores de las demás K de distribución. Por otra parte, la K D da un valor pequeño, pero sigue siendo mayor que un número entero por lo que nos muestra que existe mayor concentración del ácido benzoico en la fase de Tolueno, que en la fase acuosa. Por lo tanto, se está cumpliendo con la definición de la ley de Nerst evaluada o modificada para determinar las K de distribución en el equilibrio de un sistema reaccionante.
BIBLIOGRAFÍA:
http://assets.mheducation.es/bcv/guide/capitulo/844816962X.pdf http://www.monografias.com/trabajos-pdf4/informefisicoquimica/informe-fisicoquimica.pdf https://boletinagrario.com/ap-6,dimerizacion,2155.html
