“BALANCES TERMODINAMICOS Y LA LEY DE ACCION DE MASAS PARA DEDUCIR LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO”

INVESTIGACION.

“BALANCES TERMODINAMICOS Y LA LEY DE ACCION DE MASAS PARA DEDUCIR LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO”

FISICOQUÍMICA II

EQUIPO 1

CARRERA: INGENIERIA QUÍMICA

CLAVE DE LA ASIGNATURA: IQF-1005

SATCA: 3-2-5

SEMESTRE: SEXTO

ING. KARINA SASTRE ANTONIO

ELABORADO POR:

1.- Ambriz Marquez Mariana                             160812162

2.- Balcazar Reyes Julissa                                15081977

3.- Marquez Perez Ruben Reynaldo                 15082064

4.- Sanchez Salgado Karla Monserrat              15082009

5.-Torres Hernandez Jesuri Ivette                    15082107

ÍNDICE.

INTRODUCCIÓN.

El equilibrio químico es un estado en el que no se observan cambios a medida que transcurre el tiempo.

Ello no significa que la reacción se haya parado ya que continuamente los reactivos se estan convirtiendo en productos y llegado el momento, los productos se convierten en reactivos a la misma velocidad. El equilibrio químico se consigue cuando existen dos reacciones opuestas que tienen lugar simultáneamente a la misma velocidad.

Es importante diferenciar entre el equilibrio en términos de velocidad en el que las velocidades directa e inversa son iguales, con el equilibrio en términos de concentraciones, donde estas pueden ser, y normalmente son, distintas.

De lo anterior se puede deducir que el sistema evolucionará cinéticamente en un sentido u otro, con el fin de adaptarse a las condiciones energéticas más favorables. Cuando estas se consiguen diremos que se ha alcanzado el equilibrio 

Uno de los principales intereses del balance de energía es determinar la cantidad de energía que tiene un sistema, sin embargo esta no puede ser determinada, es decir no podemos conocer la energía absoluta en un momento determinado. En realidad lo que nos interesa es conocer los cambios en los niveles de energía que puede experimentar un sistema, para lo cual es necesario definir claramente la frontera entre el sistema o sus partes y los alrededores o el entorno. Los objetivos del balance de Energía son Determinar la cantidad energía necesaria para un proceso, Determinar las temperaturas a las cuales el proceso es más eficiente, Disminuir el desperdicio de energía, Sin embargo el objetivo principal es la estimación de costos de operación del proceso, ya que el gasto energético es uno de los más importantes rubros durante la operación.

BALANCES TERMODINÁMICOS Y LA LEY DE ACCION DE MASAS PARA DEDUCIR LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO.

Ley de acción de masas para deducir la constante de equilibrio

Existen reacciones, denominadas irreversibles, que se caracterizan por transcurrir disminuyendo progresivamente la cantidad de sustancias reaccionantes y terminar cuando alguno de ellos se agota (reactivo limitante). Así, los reactivos se transforman totalmente en productos.

Sin embargo, es frecuente que los productos de reacción puedan combinarse entre sí y formar de nuevo las sustancias reaccionantes, se habla entonces de reacciones reversibles. En estos casos, la transformación de reactivos en productos es parcial, alcanzándose el denominado estado de equilibrio, que se produce cuando las velocidades de las reacciones directa e inversa se igualan.

El equilibrio químico es un proceso dinámico, aunque a nivel macroscópico no se observe cambio alguno, a nivel molecular las reacciones inversa y directa se están produciendo.

En 1867 Goldberg y Waage encontraron que para muchas reacciones química elementales la velocidad de reacción es proporcional a la concentración de cada uno de los reactivos elevada a su coeficiente estequiométrico.

Reacción en una sola etapa: [pic 2]

Reacción directa:  [pic 3]

Reacción inversa:[pic 4]

En el equilibrio se cumple  por tanto:[pic 5]

[pic 6]

De ahí se obtiene la expresión de la Ley de Acción de Masas que nos indica que la extensión en que se verifica un proceso químico es independiente del mecanismo y velocidad según el que se desarrolla el proceso:

[pic 7]

La constante de equilibrio   está asociado a concentraciones molares, por convenido se suele expresar como una magnitud adimensional, esto es, sin unidades.[pic 8]

Por ejemplo:

Para una reacción entre  para producir  :[pic 9][pic 10]

[pic 11]

[pic 12][pic 13]

[pic 14][pic 15]

[pic 16][pic 17]

Aunque como vemos el valor de la constante de equilibrio  varia con la temperatura, su valor es independiente de las concentraciones iniciales de reactivos y productos.[pic 18]

El valor de  de una reacción química nos indica en qué grado se produce la misma. Asi cuando:[pic 19]

, la mayoría de los reactivos se convierten en productos cuando se alcanza el equilibrio químico. [pic 20]

, prácticamente no existen más que productos, se comporta como una reacción irreversible.[pic 21]

, al alcanzarse el equilibrio químico, solo se han formado pequeñas concentraciones de productos, la cantidad de reactivos es mayor. [pic 22]

Cabe destacar también que el valor de la constante de equilibrio Kc corresponde a un equilibrio expresado de forma determinada, de manera que si varía el sentido de la reacción, o su ajuste estequiométrico, también lo hace el valor de la constante, aunque ambos valores presentan cierta relación.

Ley de acción de masas establece que para una reacción química reversible en equilibrio a una temperatura constante, una relación determinada de concentraciones de reactivos y productos tiene un valor constante. La ley fue enunciada en 1864 por los científicos noruegos Cato Maximilian Guldberg y Peter Waage, y debe su nombre al concepto de masa activa, lo que posteriormente se conoció como actividad. 

Para una reacción reversible en equilibrio químico a una temperatura dada se cumple que el producto de las concentraciones de los productos elevadas a los coeficientes estequiométricos dividido por el producto de las concentraciones de los reactivos elevadas a sus coeficientes estequiométricos es una constante.

Ejemplo:

La constante de equilibrio de la reaccion representada por la ecuacion quimica

2 H2(g) + CO (g)          CH3 OH (g) a 425 °C vale Kc = 300 mol -2 * L2.[pic 23][pic 24]

¿Cuál sera la constante de equilibrio para la siguientes reacciones?

1. CH3 OH(g)           2 H2 (g) + CO(g)[pic 25][pic 26]
2. H2 (g) +  CO (g)          ½ CH3 OH (g)[pic 28][pic 29][pic 27]

Según el enunciado:

 Kc= 300 mol -2 * L2[pic 30]

Para  la primera reaccion ( es la reaccion inversa):

 L-2[pic 31]

 Para la segunda reaccion :

[pic 32]

Sea una reacción reversible: aA + b B → c C + d D

[pic 33]

La constante de equilibrio, juega en las reacciones reversibles el mismo papel que el reactivo limitante en las reacciones irreversibles, ya que condiciona la concentración tanto de los reactivos como de los productos en el equilibrio. La constante de equilibrio Kc no tiene unidades y depende de la temperatura. Las concentraciones tanto de productos como de los reactivos se expresan como concentraciones Molares. El valor de la constante de equilibrio nos da una idea de la extensión en que ha tenido lugar la reacción.

[pic 34]

Las reacciones químicas que transcurren en un recipiente cerrado pueden alcanzar un estado de equilibrio que se caracteriza porque las concentraciones de los reactivos y de los productos permanecen inalteradas a lo largo del tiempo. Es decir, bajo determinadas condiciones de presión y temperatura la reacción no progresa más y se dice que ha alcanzado el estado de equilibrio

La magnitud de la constante de equilibrio informa sobre el estado de equilibrio, es decir, sobre la extensión con que una reacción química se lleva a cabo.

Si la constante de equilibrio para una reacción química (Kp o Kc) tiene un valor muy grande, el grado de conversión de reactivos a productos es muy alto. Por el contrario, valores numéricos de Kp o Kc muy pequeños indican que el grado de conversión de reactivos a productos es muy pequeño.

Por ejemplo, en las siguientes reacciones, que transcurren ambas a 298 K:

[pic 35]

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

La primera ley de la termodinámica, también conocida como principio de conservación de la energía, expresa que en el curso de un proceso, la energía no se puede crear ni destruir; sólo puede cambiar las formas. Por lo tanto, toda pequeña cantidad de energía debe tomarse en cuenta en el curso de un proceso. El principio de conservación de la energía (o balance de energía) para cualquier sistema que pasa por cualquier proceso se puede expresar como sigue: El cambio neto (aumento o disminución) en la energía total de un sistema en el curso de un proceso es igual a la diferencia entre la energía total que entra y la energía total que sale en el desarrollo de ese proceso. Es decir

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