El equilibrio químico describe el "estado estacionario" de una reacción reversible, donde los reactivos se convierten en productos y viceversa a la misma velocidad.
Los químicos caracterizan este estado utilizando el equilibrio constante, Kpag, y puede usar la expresión completa de esta constante para determinar la presión de equilibrio para los reactivos o los productos. El proceso requiere un poco de álgebra, pero al final, obtienes una ecuación sencilla que puedes usar para encontrar la presión de equilibrio para tu reacción.
La constante de equilibrio
El proceso para encontrar la presión de equilibrio depende en gran medida de cómo los químicos describen un estado de equilibrio para una reacción. Para una reacción genérica en fase gaseosa:
La fórmula general para la constante de equilibrio es:
Aquí el P_s se refieren a las presiones parciales de los gases A, B, C y D (indicadas por subíndices). Puede recordar esta fórmula fácilmente como "productos sobre reactivos", pero esta forma simple solo es válida si cada uno de los componentes de la reacción tiene 1 como coeficiente estequiométrico (_a, B, C y D en la ecuación anterior). Recuerda que esta fórmula solo es válida en equilibrio.
En algunos casos, es posible que vea la constante de equilibrio llamada KC, y la ecuación escrita en términos de concentraciones molares, y la relación entre estos dos es:
En esta fórmula, ∆norte es el cambio en el número de moles de gas de los reactivos a los productos.
Reordenando la ecuación
La clave para resolver esta ecuación para encontrar la presión de equilibrio es introducir la cantidad X, que corresponde al cambio de las presiones iniciales a la presión de equilibrio. Imagine que conoce la presión de los reactivos pero no sabe cuál será en equilibrio. En ese caso, simplemente puede escribir cada presión de equilibrio como (presión inicial = X).
Dado que los productos en este caso comienzan con una presión parcial de 0 (porque no están presentes), su presión de equilibrio será igual a X. Siempre que conozca la constante de equilibrio en sí misma, puede usar esta información para encontrar las presiones parciales que no conoce.
Llame a la presión inicial PAGI y tenga en cuenta que ambos reactivos deben estar a la misma presión. Además, para simplificar la ecuación, esto se escribirá con el coeficientesa, B, C y D igual a 1. Entonces puedes escribir la ecuación como:
Reordenando esta ecuación para X le permite encontrar la diferencia entre la presión inicial y la presión de equilibrio para sus reactivos, y también el valor para los productos. Después de sacar la raíz cuadrada de ambos lados, multiplicar por el denominador de la fracción y reorganizar un poco más, la ecuación para X es:
Esto se convierte en una fórmula de presión parcial de equilibrio cuando observa que la presión de equilibrio de sus reactivos es PAGI – Xy para sus productos es simplemente X.
Calcular la presión de equilibrio
Trabajar con un ejemplo consolidará el enfoque y lo ayudará a sentirse más cómodo con el uso de la ecuación. Considere la reacción utilizada para producir clorometano:
Con Kpag = 5,900. Los reactivos tienen una presión inicial (en atmósferas, atm) de PAGI = 0,75 atm. Inserte estos valores en la fórmula y ejecute los cálculos para encontrar las presiones parciales:
Este es el valor de las presiones de equilibrio de los productos, y para los reactivos, todo lo que necesita hacer es restar esto del valor inicial. PAGI para encontrar el resultado. Aquí, 0,75 atm - 0,74 atm = 0,01 atm.