Constante de equilibrio | cantidad matemática

La constante de equilibrio es una cantidad matemática que expresa la relación entre productos y reactivos de una reacción en equilibrio con respecto a una unidad específica. En otras palabras, la constante de equilibrio es el cociente de una reacción química en equilibrio químico. La constante de equilibrio puede ayudarnos a comprender si la reacción tiende a tener una mayor concentración de productos o de reactivos en el equilibrio. También podemos utilizar para La constante de equilibrio determina si la reacción ya está en equilibrio.

Hay varios tipos diferentes de constantes de equilibrio que proporcionan relaciones entre los productos y los reactivos de una reacción química en el equilibrio químico en términos de diferentes unidades. Las constantes de disociación pueden utilizarse como ejemplo.

Constante de equilibrio de una reacción

Para un equilibrio químico general

α A + β B . . . ⇌ σ S + τ T . . {\a6}*Alfa A+Beta B...\a6}*Sigma S+T...} $\alpha A+\beta B...\rightleftharpoons \sigma S+\tau T...$

la constante de equilibrio puede definirse por

K = { S } σ { T } τ . . . { A } α { B } β . . . {\displaystyle K={{frac}} {{S}^{sigma}} {{T}^{tau}}...}{{{A}^{alfa}} {{B}^{beta}}...}} $K={\frac {{\{S\}}^{\sigma }{\{T\}}^{\tau }...}{{\{A\}}^{\alpha }{\{B\}}^{\beta }...}}$

donde {A} es la actividad de la especie química A, etc. (la actividad es una cantidad adimensional). Es convencional poner las actividades de los productos en el numerador y las de los reactantes en el denominador.

Para los equilibrios en solución, la actividad es el producto de la concentración y el coeficiente de actividad. La mayoría de los químicos determinan las constantes de equilibrio en una solución con una fuerza iónica elevada. En las soluciones de alta fuerza, el cociente de los coeficientes de actividad cambia muy poco. Por lo tanto, la constante de equilibrio se define como un cociente de concentración:

K c = [ S ] σ [ T ] τ . . . [ A ] α [ B ] β . . . {\displaystyle K_{c}={\frac} {{[S]}^{{\tau}}...}{{[A]}^{\tau}...}} $K_{c}={\frac {{[S]}^{\sigma }{[T]}^{\tau }...}{{[A]}^{\alpha }{[B]}^{\beta }...}}$

Sin embargo, el valor de K_c dependerá de la fuerza iónica. (Los corchetes significan la concentración de A, B, etc.)

Esta es una idea sencilla. En un equilibrio, los átomos pueden combinarse o separarse porque la reacción puede funcionar en ambas direcciones. Para que la reacción funcione, todas las partes deben estar presentes para combinarse. Es más probable que esto ocurra si los reactivos tienen una mayor concentración. Así que se multiplican las concentraciones de todas las piezas necesarias para obtener la probabilidad de que estén en el mismo lugar para la reacción. (Si la reacción requiere dos moléculas de un compuesto concreto, entonces la concentración de ese compuesto se eleva al cuadrado). En sentido contrario, se multiplican todas las concentraciones de esas piezas necesarias para obtener la probabilidad de que estén en el mismo lugar para reaccionar en sentido contrario. La relación entre esos dos números representa lo popular que será cada lado de la reacción cuando se alcance el equilibrio. Una constante de equilibrio de 1 significa que ambos lados son igualmente populares. Los químicos realizan experimentos para medir la constante de equilibrio de varias reacciones.

Existe una relación entre la energía libre de Gibbs ( Δ G {\displaystyle \Delta G} $\Delta G$ ) y la constante de equilibrio que es,

Δ G = - R T ln K {\displaystyle \Delta G=-RT\ln K} $\Delta G=-RT\ln K$

Aquí, R {\displaystyle R} $R$ es la constante universal de los gases y T {\displaystyle T} $T$ es la temperatura.

Relación entre K p {\displaystyle K_{p}} y K c {\displaystyle K_{c}}

A partir de la ley de los gases ideales, sabemos que

P V = n R T {\Ndice PV=nRT\,} $PV=nRT\,$

n V = P R T {\displaystyle {\frac {n}{V}}={frac {P}{RT}} ${\frac {n}{V}}={\frac {P}{RT}}$

Así, la concentración (como, la concentración C = n V {\displaystyle C={\frac {n}{V}} $C={\frac {n}{V}}$ ), C = P R T {\displaystyle C={\frac {P}{RT}} $C={\frac {P}{RT}}$

Aquí, P {\displaystyle P} es $P$ la presión, V {\displaystyle V} $V$ es el volumen, n {\displaystyle n} es el número de moles de gas, R {\displaystyle R} $R$ es la constante universal de los gases y T {\displaystyle T} $T$ es la temperatura. Por lo tanto,

[ A B ] [ A ] [ B ] = P A B R T P A R T P B R T {\displaystyle {\frac {[AB]}{[A][B]}}={\frac {\frac {P_{AB}}RT}{{\frac {P_{A}}{RT}}{\frac {P_{B}}{RT}}}}} ${\frac {[AB]}{[A][B]}}={\frac {\frac {P_{AB}}{RT}}{{\frac {P_{A}}{RT}}{\frac {P_{B}}{RT}}}}$

K c = P A B P A P B × R T 1 + 1 - 1 {\displaystyle K_{c}={\frac {P_{AB}}{P_{A}}{P_{B}}}}\times {RT}^{1+1-1}} $K_{c}={\frac {P_{AB}}{{P_{A}}{P_{B}}}}\times {RT}^{1+1-1}$

$P_{X}$ Aquí, P X {{displaystyle P_{X}} es la presión parcial de X {{displaystyle X}} $X$ .

Si,

P A B P A P B = K p {\displaystyle {\frac {P_{AB}}{P_{A}}{P_{B}}}}=K_{p}} ${\frac {P_{AB}}{{P_{A}}{P_{B}}}}=K_{p}$

Entonces,

K c ( R T ) - 1 - 1 + 1 = K p {\displaystyle K_{c}{(RT)}^{-1-1+1}=K_{p}} $K_{c}{(RT)}^{-1-1+1}=K_{p}$

$K_{p}$ Aquí, K p {\displaystyle K_{p}} es la constante de equilibrio en términos de presión parcial.

En este mismo proceso,

α A + β B . . . ⇌ σ S + τ T . . {\a6}*Alfa A+Beta B...\a6}*Sigma S+T...} $\alpha A+\beta B...\rightleftharpoons \sigma S+\tau T...$

Para la reacción anterior,

K c ( R T ) - α - β . . . + σ + τ . . . = K p = p S σ p T τ . . . p A α p B β . . . {\displaystyle K_{c}{(RT)}^{-alfa -\beta ...+\sigma +\tau ...}=K_{p}={\frac {{p_{mathrm {S}} }^{\\\\\\Nsigma }{{p_{mathrm {T}} ...}{{p_{mathrm {A}} { {{alpha}} {{p_{mathrm {B}} $K_{c}{(RT)}^{-\alpha -\beta ...+\sigma +\tau ...}=K_{p}={\frac {{p_{\mathrm {S} }}^{\sigma }{p_{\mathrm {T} }}^{\tau }...}{{p_{\mathrm {A} }}^{\alpha }{p_{\mathrm {B} }}^{\beta }...}}$

Por lo tanto, la relación entre K c {\displaystyle K_{c} $K_{c}$ y K p {\displaystyle K_{p} $K_{p}$ es,

K c ( R T ) Δ n = K p {\displaystyle K_{c}{(RT)}^{{Delta n}=K_{p}} $K_{c}{(RT)}^{\Delta n}=K_{p}$

Aquí, Δ n {\displaystyle \Delta n} $\Delta n$ el número de moles de gas en el lado del producto menos el número de moles de gas en el lado del reactante en la reacción equilibrada

Preguntas y respuestas

P: ¿Qué es una constante de equilibrio?

R: Una constante de equilibrio es una cantidad matemática que expresa la relación entre productos y reactivos de una reacción en equilibrio químico con respecto a una unidad específica.

P: ¿Cómo podemos utilizar una constante de equilibrio?

R: Podemos utilizar una constante de equilibrio para comprender si la reacción tiende a tener una mayor concentración de productos o de reactivos en el equilibrio, así como para determinar si la reacción ya está en equilibrio.

P: ¿Cuáles son algunos ejemplos de los diferentes tipos de constantes de equilibrio?

R: Las constantes de disociación son un ejemplo de los diferentes tipos de constantes de equilibrio que proporcionan relaciones entre los productos y los reactivos de una reacción química en el equilibrio químico en términos de diferentes unidades.

P: ¿Qué mide una Constante de Equilibrio?

R: Una Constante de Equilibrio mide la relación entre productos y reactantes en una reacción química en equilibrio químico con respecto a una unidad específica.

P: ¿Cómo podemos saber cuándo una reacción está ya en Equilibrio?

R: Podemos utilizar una Constante de Equilibrio para determinar si la reacción ya está en Equilibrio.

P: ¿Qué significa que algo esté "en equilibrio"?

R: En equilibrio significa que no hay un cambio neto en las concentraciones a lo largo del tiempo - todos los componentes permanecen en equilibrio, por lo que las reacciones ocurren pero son equilibradas por reacciones inversas que ocurren simultáneamente.