Su habilidad para interpretar el valor numérico de una cantidad en términos de lo que significa en un sentido práctico es una parte esencial del desarrollo de una comprensión funcional de la Química. Este es particularmente el caso de las constantes de equilibrio, cuyos valores abarcan todo el rango de los números positivos. Aunque no existe una regla explícita, para la mayoría de los propósitos prácticos, puede decir que las constantes de equilibrio dentro del rango de aproximadamente 0.01 a 100 indican que una cantidad químicamente significativa de todos los componentes del sistema de reacción estará presente en una mezcla de equilibrio y que la reacción ser incompleto o “ reversible “.
A medida que una constante de equilibrio se acerca a los límites de cero o infinito, la reacción puede caracterizarse cada vez más como un proceso unidireccional; decimos que es “ completo ” o “ irreversible “. El último término, por supuesto, no debe tomarse literalmente; el principio de Le Châtelier todavía se aplica (especialmente en lo que respecta a la temperatura), pero la adición o eliminación de reactivos o productos tendrá menos efecto.
Los ejemplos en la siguiente tabla tienen la intención de mostrar que los números (valores de K ), sin importar cuán aburridos puedan parecer, ¡tienen consecuencias prácticas!
| Reacción |
K
|
observaciones |
|---|---|---|
| (N_ {2 (g)} + O_ {2 (g)} rightleftharpoons 2 NO _ {(g)} ) | (5 veces 10 ^ {- 31} ) a 25 ° C, 0.0013 a 2100 ° C |
Estos dos valores muy diferentes de K ilustran muy bien por qué la reducción de las temperaturas de la cámara de combustión en motores de automóviles es respetuosa con el medio ambiente. |
| (3 H_ {2 (g)} + N_ {2 (g)} rightleftharpoons 2 NH_ {3 (g)} ) | (7 veces 10 ^ 5 ) a 25 ° C, 56 a 1300 ° C |
Vea la discusión de esta reacción en la sección sobre el proceso de Haber. |
| (H_ {2 (g)} rightleftharpoons 2 H _ {(g)} ) | (10 ^ {- 36} ) a 25 ° C, (6 veces 10 ^ {- 5} ) a 5000 ° |
La disociación de cualquier molécula estable en sus átomos es endotérmica. Esto significa que todas las moléculas se descompondrán a temperaturas suficientemente altas. |
| (H_2O _ {(g)} rightleftharpoons H_ {2 (g)} + ½ O_ {2 (g)} ) | (8 veces 10 ^ {- 41} ) a 25 ° C | ¡No encontrará que el agua sea una muy buena fuente de gas oxígeno a temperaturas normales! |
| (CH_3COOH _ {(l)} rightleftharpoons 2 H_2O _ {(l)} + 2 C _ {(s)} ) |
(K_c = 10 ^ {13} ) a 25 ° C | Esto nos dice que el ácido acético tiene una gran tendencia a descomponerse en carbono, pero nadie ha encontrado que se forme grafito (¡o diamantes!) En una botella de vinagre. ¡Un buen ejemplo de una reacción súper cinéticamente impedida! |
¿Las unidades de equilibrio tienen unidades?
La expresión de equilibrio para la síntesis de amoníaco
[ ce {3 H2 (g) + N2 (g) -> 2 NH3 (g)} label {15.4.1} ]
se puede expresar como
[K_p = dfrac {P ^ 2_ {NH_3}} {P_ {N_2} P ^ 3_ {H_2}} label {15.4.2} ]
o
[K_c = dfrac {[NH_3] ^ 2} {[N_2] [H_2] ^ 3} label {15.4.3} ]
entonces (K_p ) para este proceso parecería tener unidades de cajero automático –2 , y (K_c ) se expresaría en mol –2 L [19459045 ] 2 . Y sin embargo, estas cantidades a menudo se representan como adimensionales. ¿Cual es correcta? La respuesta es que ambas formas son aceptables. Hay algunas situaciones (que se encontrarán más adelante) en las que K deben considerarse sin dimensiones, pero simplemente citando el valor de una constante de equilibrio es permisible incluir las unidades, y esto puede ser incluso útil para eliminar cualquier duda sobre las unidades de los términos individuales en expresiones de equilibrio que contienen términos de presión y concentración. Sin embargo, al realizar sus propios cálculos, rara vez hay una necesidad real de mostrar las unidades.
Estrictamente hablando, las expresiones de equilibrio no tienen unidades porque los términos de concentración o presión que entran en ellas son realmente proporciones que tienen las formas ( n mol L –1 ) / (1 mol L –1 ) o ( n atm) / (1 atm) en el que la cantidad unitaria en el denominador se refiere a estado estándar de la sustancia; así las unidades siempre se cancelan.
Estrictamente hablando, las expresiones de equilibrio no tienen unidades.
Para sustancias que son líquidos o sólidos, el estado estándar es solo la concentración de la sustancia dentro del líquido o sólido, por lo que para algo li ke ( ce {CaF (s)} ) , el término que entra en la expresión de equilibrio es ([ ce {CaF2}] / [ ce {CaF2}] ) que ich cancela a la unidad; Esta es la razón por la que no necesitamos incluir términos para fases sólidas o líquidas en las expresiones de equilibrio. El tema de los estados estándar nos llevaría más allá de donde necesitamos estar en este punto del curso, por lo que simplemente diremos que el concepto se hace necesario por el hecho de que la energía, que en última instancia gobierna el cambio químico, siempre es relativa a algunos arbitrariamente. valor cero definido que, para sustancias químicas, es el estado estándar.
Resumen
La magnitud de la constante de equilibrio, (K ), indica el grado en que procederá una reacción:
- Si (K ) es un número grande, significa que la concentración de equilibrio de los productos es grande. En este caso, la reacción tal como está escrita procederá a la derecha (lo que dará como resultado un aumento en la concentración de productos)
- Si (K ) es un número pequeño, significa que la concentración de equilibrio de los reactivos es grande. En este caso, la reacción tal como está escrita continuará hacia la izquierda (lo que dará como resultado un aumento en la concentración de reactivos)
Conocer el valor de la constante de equilibrio, (K ), nos permitirá determinar: (1) la dirección en que se producirá una reacción para alcanzar el equilibrio y (2) las proporciones de las concentraciones de reactivos y productos cuando el equilibrio se alcanza