UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA
Investigación previa práctica 7 Reacciones reversibles. Introducción al equilibrio químico. Ley de acción de masas.
Por Bautista Hernández Amauri Deedabi Guerrero Medina Gerardo
Grupo 43
Ciudad de México a 31 de marzo de 2014
INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN El equilibrio es un estado en que le no se observan cambios durante el tiempo transcurrido. Cuando una reacción química llega al estado de equilibrio, las concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes en el tiempo, sin que se produzcan cambios visibles en el sistema. Sin embargo, a nivel molecular existe una gran actividad debido a que las moléculas de reactivos siguen formando moléculas de reactivos. Pocas reacciones químicas proceden en una sola dirección. La mayoría son reversibles, al menos en cierto grado. Al inicio de un proceso reversible, la reacción procede hacia la formación de productos. Tan pronto como se forman algunas moléculas de producto comienza el proceso inverso, estas moléculas reaccionan y forman moléculas de reactivo. El equilibrio químico se alcanza cuando las velocidades de las reacciones directa e inversa se igualan y las concentraciones netas de reactivos y productos permanecen constantes. Imaginemos una reacción simple en fase gaseosa, aA ( g ) + bB (g) → cC (g) dD (g ), donde tanto esta reacción como su inversa, cC ( g ) + dD (g) → aA (g ) + bB (g), son procesos elementales las velocidades de estas reacciones unimoleculares son, donde k d y ki son las constantes de velocidad de las reacciones directa e inversa, respectivamente. Reacción directa: aA (g ) + bB (g) → cC (g) dD Velocidad = kd [A] Reacción inversa: cC ( g ) + dD (g) → aA (g ) + bB (g) Velocidad = k i [B] Una vez establecido el equilibrio, el resultado es una mezcla de equilibrio de aA + bB y cC + dD. El hecho de que la composición de la mezcla de equilibrio permanezca constante no significa que aA + bB y cC + dD dejan de reaccionar. Por el contrario, el equilibrio es dinámico. El compuesto aA + bB continúa convirtiéndose en el compuesto cC + dD, y cC + dD en aA + bB, pero en el equilibrio ambos procesos ocurren a la misma velocidad, de tal manera que sus cantidades no sufren un cambio neto. Se emplea una flecha doble para indicar que la reacción se lleva a cabo tanto en el sentido directo como en inverso:
Se llevaron a cabo estudios de este tipo sobre otros sistemas químicos en el siglo XIX. En 1864 Cato Maximilian Guldbert y Peter Waage postularon su ley de acción de masas, que expresa la relación entre las concentraciones (expresadas como presiones parciales en el caso de gases y como molaridades en el de disoluciones) de los reactivos y productos presentes en el equilibrio en cualquier reacción. La Ley de acción de masas establece: “Para una reacción reversible en equilibrio y a una temperatura constante, una relación determinada de concentraciones de reactivos y productos tiene un valor constante K (la constante de equilibrio).” La expresión
matemática de la Ley de acción de masas se expresa:
Y aunque las concentraciones pueden variar, el valor de K para una reacción dada permanece constante siempre y cuando la reacción esté en equilibrio y la temperatura no cambie. La magnitud de la constante de equilibro indica si una reacción en equilibrio es favorable a los productos o a los reactivos, es decir, si K es mucho mayor que 1 (K 1), el equilibrio se desplazará hacia la derecha y favorecerá a los productos. Por el contrario, si la constante de equilibrio de mucho menor que 1 (K 1), el equilibrio se desplazará a la izquierda y favorecerá a los reactivos.
PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS A UTILIZAR Cromato de Potasio. Fórmula: K2CrO4 Número de identificación: CAS: 7789-00-6 Peso molecular: 194.21g/mol
0 3
0
Propiedades Físicas y Químicas:
Estado de agregación: Sólido. Apariencia: Sólido cristalino, amarillo limón inodoro. Densidad: 2.73g/cm³ Punto de fusión: 1K (-272°C) Punto de ebullición: 1K (-272°C) Solubilidad: 6.37 g/L Manejo:
Para su manejo es necesario utilizar lentes de seguridad y, si es necesario, guantes de Neopreno, Viton o hule butílico. No deben usarse lentes de contacto cuando se utilice este producto. Al trasvasar pequeñas cantidades con pipeta, siempre utilizar propipetas, nunca aspirar con la boca. Riesgos a la salud:
Inhalación: Perforación del tabique nasal, dolor de garganta, tos, dificultades para respirar, asma alérgica y edema pulmonar.
Contacto con ojos: Irritación severa, enrojecimiento, dolor y ceguera. Contacto con la piel: Irritación severa, enrojecimiento, dolor y quemaduras. Ingestión: Quemaduras severas en boca, garganta, estómago, puede causar vómito, diarrea, gastroenteritis, vértigos, sed intensa, fiebre, daños al hígado y falla renal aguda. Dicromato de Potasio. Fórmula: K2Cr 2O7 Número de identificación: CAS: 7778-50-9 Peso molecular: 294.21g/mol
0 4
0
Propiedades Físicas y Químicas:
Estado de agregación: Sólido. Apariencia: Sólido cristalino naranja-rojizo. Densidad: 2.676g/cm³ Punto de fusión: 723K (500°C) Punto de ebullición: 671K (398°C) Solubilidad: Soluble en agua. Manejo:
Para su manejo es necesario utilizar lentes de seguridad y, si es necesario, guantes de Neopreno, Viton o hule butílico. No deben usarse lentes de contacto cuando se utilice este producto. Al trasvasar pequeñas cantidades con pipeta, siempre utilizar propipetas, nunca aspirar con la boca. Riesgos a la salud:
Inhalación: Inicialmente, provoca ulceración de la nariz, después espasmos, inflamación y edema de laringe y bronquios, generando neumonitis química y edema pulmonar lo que, finalmente, provoca la muerte. Contacto con ojos: Causa quemaduras serias. Contacto con la piel: Un uso constante de este producto sin la debida protección, causa irritación, inflamación, ulceraciones y, finalmente, dermatitis . Ingestión: Los efectos de una intoxicación aguda son: decoloración dental, náusea, vómito, diarrea y choque cardiovascular debido a pérdida de sangre por el tracto gastrointestinal. Hidróxido de Potasio. 0
Fórmula: KOH Número de identificación: CAS: 1310-58-3 Peso molecular: 56.11g/mol
3
1
Propiedades Físicas y Químicas:
Estado de agregación: Sólido. Apariencia: Sólido inodoro. Densidad: 2.04g/cm³ Punto de fusión: 633K (360°C) Punto de ebullición: 274.327K (1.327°C) Solubilidad: 1.020 g/L Manejo:
Para su manejo es necesario utilizar lentes de seguridad y, si es necesario, guantes de Neopreno, Viton o hule butílico. No deben usarse lentes de contacto cuando se utilice este producto. Al trasvasar pequeñas cantidades con pipeta, siempre utilizar propipetas, nunca aspirar con la boca. Riesgos a la salud:
Contacto con ojos: Provoca lesiones oculares graves, ceguera. Contacto con la piel: Provoca quemaduras graves en la piel. Ingestión: Nocivo en caso de ingestión. Ácido Clorhídrico Fórmula: HCl Número de identificación: CAS: 7647-01-0 Peso molecular: 36.46 g/mol
0 3
1
Propiedades Físicas y Químicas:
Estado de agregación: Disolución acuosa Apariencia: Incoloro Densidad: 1.184 g/cm³ Punto de fusión (en disolución acuosa): 321.72K (48.72°C) Punto de ebullición (en disolución acuosa): 210.75K (-62.75°C) Solubilidad: Soluble en agua, alcoholes, éter y benceno. Insoluble en hidrocarburos. Manejo:
Para su manejo es necesario utilizar lentes de seguridad y, si es necesario, guantes de Neopreno, Viton o hule butílico. No deben usarse lentes de contacto cuando se utilice este producto. Al trasvasar pequeñas cantidades con pipeta, siempre utilizar propipetas, nunca aspirar con la boca. Riesgos a la salud:
El ácido clorhídrico y concentraciones altas de gas, son altamente corrosivos a la piel y membranas mucosas. Inhalación: En el caso de exposiciones agudas, los mayores efectos se limitan al tracto respiratorio superior. El gas causa dificultad para respirar, tos e inflamación y ulceración de nariz, tráquea y laringe. Contacto con ojos: Este ácido es un irritante severo de los ojos y su contacto con ellos puede causar quemaduras, reducir la visión o, incluso, la pérdida total de ésta. Contacto con la piel: En forma de vapor o disoluciones concentradas causa quemaduras serias, dermatitis y fotosensibilización. Ingestión: Produce corrosión de las membranas mucosas de la boca, esófago y estómago. Los síntomas que se presentan son: disfagia, náuseas, vómito, sed intensa y diarrea.
Cloruro de Hierro (III). Fórmula: FeCl3 Número de identificación: CAS: 7705-08-0 Peso molecular: 162.19g/mol
0 3
2
Propiedades Físicas y Químicas:
Estado de agregación: Líquido. Apariencia: Líquido marrón oscuro, olor parecido al HCl. Densidad: 1.4g/cm³ Punto de fusión: 310K (37°C) Punto de ebullición: >373K (>100°C) Solubilidad: Totalmente soluble en agua. Manejo:
Para su manejo es necesario utilizar lentes de seguridad y, si es necesario, guantes de Neopreno, Viton o hule butílico. No deben usarse lentes de contacto cuando se utilice este producto. Al trasvasar pequeñas cantidades con pipeta, siempre utilizar propipetas, nunca aspirar con la boca. Riesgos a la salud:
Inhalación: Quemaduras, tos, laringitis, dolor de cabeza. Contacto con ojos: Visión borrosa, enrojecimiento, dolor, quemaduras severas. Contacto con la piel: Irritación, enrojecimiento, dolor y quemaduras severas. Ingestión: Quemaduras severas en boca y estómago, náuseas, vómitos, diarrea. Ácido benzoico. Fórmula: C7H6O2 Número de identificación: CAS: 65-85-0 Peso molecular: 122.12g/mol Propiedades Físicas y Químicas:
Estado de agregación: Sólido. Apariencia: Sólido incoloro. Densidad: 1.3g/cm³ Punto de fusión: 395.4K (122.4°C) Punto de ebullición: 546.2K (279.2°C) Solubilidad: 2.9 g/L Manejo:
1 2
0
Para su manejo es necesario utilizar lentes de seguridad y, si es necesario, guantes de Neopreno, Viton o hule butílico. No deben usarse lentes de contacto cuando se utilice este producto. Al trasvasar pequeñas cantidades con pipeta, siempre utilizar propipetas, nunca aspirar con la boca. Riesgos a la salud:
Inhalación: Causa irritación del tracto respiratorio, tos. Contacto con ojos: Enrojecimiento, dolor. Contacto con la piel: Enrojecimiento. Ingestión: Dolor abdominal, náuseas, vómito.
HIPÓTESIS Mediante la realización de estas reacciones, se pretende conocer de qué manera se puede hacer que el equilibrio en una reacción se desplace hacia la izquierda o derecha en base a lo establecido por la Ley de acción de masas y los factores que influye en esto, así mismo, las diferentes formas de expresar la constante de equilibrio Se observara como las reacciones químicas pueden ser reversibles en cuestión de cambiar la cantidad de alguno de los reactivos que se emplean y de esta forma cambiar de un reactivo a producto. En la primera parte de la práctica veremos que el ion cromato en medio acido se producirá iones dicromatos y para provocar que la ecuación se regrese al estado inicial, se someterá a una reacción en medio básico para saber esto nos basaremos en el cambio de color que se presenta ya que los iones cromato tiene como color característico el amarillo y los iones dicromato tiene como característica el color anaranjado; eso nos permitirá saber de qué sustancia inicial hemos partido. En la segunda parte, veremos lo que ocurre cuando hay la presencia de un precipitado y que esto está relacionado con la forma de expresar la constante de equilibrio ya que se omiten los sólidos porque la concentración en la fase acuosa de un sólido es igual a cero y por eso se omi te, en este caso, la concentración del precipitado que se forma [Fe(OH) 3] es constante y ya se considera en la constante de equilibrio y en la tercera parte veremos de qué forma la reacción se comporta para volver a su estado de equilibrio cuando una de las concentraciones de alguno de los reactivos o productos es alterado.
