Equilibrio Químico OBJETIVOS GENERAL

Equilibrio Químico

OBJETIOS GENERAL

Determinar la constante de equilibrio de la reacción de esterificación, entre etanol y ácido acético.

MARCO DE REFERENCIA

Los equilibrios químicos son consecuencia de la reversibilidad de las reacciones: mientras los reaccionantes reaccionan dando lugar a los productos de la reacción, estos productos también reaccionan simultáneamente dando lugar a los reaccionantes. La reacción avanza mientras que la velocidad a. la que se forman los productos es mayor a la velocidad inversa de formación de reaccionantes. Finalmente, se llega a un estado de la mezcla en donde parece que la reacción no avance por cuanto la composición de la misma permanece constante. Este estado se denomina EQUILIBRIO QUÍMICO. Es importante notar que el equilibrio se establece no por el hecho de que la reacción haya cesado, sino como resultado del desarrollo simultáneo y con igual velocidad de las reacciones directa e indirecta.

Los equilibrios químicos se clasifican en dos grupos: a) los homogéneos y b) los heterogéneos. Los primeros son los que se establecen en sistemas donde solo existe una fase, como por ejemplo, aquellos que contienen únicamente gases, o una fase liquida o sólida. Por otro lado, un equilibrio heterogéneo, es aquel establecido en un sistema con más de una fase, como el que existe entre un sólido y un gas, o un líquido y un gas. Es evidente que para que las velocidades tiendan a igualarse la velocidad directa disminuye y la velocidad inversa, por contra, aumenta a medida que transcurre la reacción. Esto ocurre porque la velocidad de una reacción es función de la concentración de sus reaccionantes: a medida que transcurre la reacción, la concentración de los reaccionantes va disminuyendo (y, por tanto, su velocidad directa) y la concentración de productos va aumentando (y, por tanto, su velocidad inversa).

La velocidad de una reacción, y por tanto el equilibrio químico, también es función de la temperatura. Efectivamente, una variación de temperatura afecta de forma desigual a las velocidades directa e inversa en función si dichas reacciones son endotérmicas o exotérmicas: frente a un incremento de calor la velocidad de una reacción endotérmica aumenta más rápidamente que la de una exotérmica, esto último constituye, en definitiva, una aplicación del Principio de Le Chatelier: supongamos la reacción exotérmica:

A + B C + D + Q (calor)

Siendo Q el desprendimiento de calor. Al suministrar calor la reacción se desplaza hacia la izquierda.

El siguiente paso consiste en traducir al lenguaje matemático lo expuesto hasta ahora de forma cualitativa. Para ello, supongamos la reacción:

aA +bB cC + dD

La condición de equilibrio, tal como hemos definido en los párrafos anteriores, es aquella en que las velocidades de reacción en un sentido y otro son iguales, por tanto:

K1[A] a [B] b = K2[C] c [D] d

en donde [A], [B], [C] y [D] son las concentraciones en el equilibrio de los reactivos y los productos. Reordenando convenientemente los términos de la anterior expresión matemática, resulta que:

K1/K2 = (〖[C]〗^c 〖[D]〗^d)/(〖[A]〗^a 〖[B]〗^b )

La relación K1 / K2 es una constante ( siempre que se trabaje a la misma temperatura; esto es, a 20ºC esta relación tiene un valor y a 80ºC tiene otro) que nos puede servir como criterio cualitativo de equilibrio. A esta relación le daremos el nombre de Keq (Constante de Equilibrio); por tanto, K1 / K2= Keq.

En función del tipo de reacción de la que tratemos: ácido-base, rédox o de formación de complejos; hablaremos de un tipo de equilibrio o de otro, si bien, el aparato matemático con el cual se abordan cuantitativamente es similar.

El objetivo de esta experiencia de laboratorio es la determinación de la constante aparente de equilibrio de una reacción de esterificación:

CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O

Mediante el análisis químico de la mezcla en equilibrio. La esterificación a temperatura ambiente es una reacción relativamente lenta. Para acelerar el proceso se usa como catalizador un ácido concentrado. En el caso concreto de la esterificación del ácido acético con metanol o etanol todos los coeficientes estequiométricos son la unidad y por tanto:

Donde los Ni son el número de moles de los componentes en el equilibrio en cualquier mezcla de volumen total V. El análisis del contenido en ácido de las mezclas debe proporcionar la información suficiente

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