¿Cómo se determina la constante de equilibrio de una reacción?

Las reacciones reversibles ocurren en ambas direcciones, pero cada reacción reversible se establece en una posición de "equilibrio". Si desea caracterizar el equilibrio de tal reacción, la constante de equilibrio describe el equilibrio entre los productos y los reactivos. El cálculo de la constante de equilibrio requiere el conocimiento de las concentraciones de los productos y los reactivos en la reacción cuando está en equilibrio. El valor de la constante también depende de la temperatura y de si la reacción es exotérmica o endotérmica.

TL; DR (demasiado largo; No leí)

Para la reacción genérica:

aA (g) + bB (g) ⇌ gG (g) + hH (g)

Aquí, las letras minúsculas son el número de moles de cada uno, las letras mayúsculas representan los componentes químicos de la reacción y las letras entre paréntesis representan el estado de la materia. Encuentra la constante de equilibrio de concentración con la expresión:

K_C = [G]^gramo [H]^h ÷ [A]^a[B]^B

Para reacciones exotérmicas, aumentar la temperatura reduce el valor de la constante, y para reacciones endotérmicas, aumentar la temperatura aumenta el valor de la constante.

La fórmula para la constante de equilibrio hace referencia a una reacción genérica "homogénea" (donde los estados de la materia para los productos y reactivos son los mismos), que es:

aA (g) + bB (g) ⇌ gG (g) + hH (g)

Donde las letras minúsculas representan el número de moles de cada componente en la reacción y las letras mayúsculas en lugar de los productos químicos involucrados en la reacción y la letra (g) entre paréntesis representa el estado de la materia (gas, en este caso).

La siguiente expresión define la constante de equilibrio de concentración (K_C):

K_C = [G]^gramo [H]^h ÷ [A]^a[B]^B

Aquí, los corchetes corresponden a las concentraciones (en moles por litro) de cada uno de los componentes de la reacción, en equilibrio. Tenga en cuenta que los moles de cada componente en la reacción original ahora son exponentes en la expresión. Si la reacción favorece a los productos, entonces el resultado será mayor que 1. Si favorece a los reactivos, será inferior a 1.

Para reacciones no homogéneas, los cálculos son los mismos, excepto que los sólidos, los líquidos puros y los disolventes se cuentan simplemente como 1 en los cálculos.

La constante de equilibrio de la presión (K_pag) es realmente similar, pero se usa para reacciones que involucran gases. En lugar de las concentraciones, utiliza presiones parciales de cada componente:

K_pag = p_GRAMO^gramo pag_H^h ÷ p_A^a pag_B^B

Aquí, (p_GRAMO) es la presión del componente (G) y así sucesivamente, y las letras minúsculas representan el número de moles en la ecuación de la reacción.

Realiza estos cálculos de una manera bastante similar, pero depende de cuánto sepa sobre las cantidades o presiones de los productos y reactivos en equilibrio. Puede determinar la constante utilizando cantidades iniciales conocidas y una cantidad de equilibrio con un poco de álgebra, pero en general es más sencillo con concentraciones o presiones de equilibrio conocidas.

Cambiar la presión o las concentraciones de las cosas presentes en la mezcla no cambia la constante de equilibrio, aunque ambos pueden afectar la posición de equilibrio. Estos cambios tienden a deshacer el efecto del cambio que realizó.

La temperatura, por otro lado, cambia la constante de equilibrio. Para una reacción exotérmica (las que liberan calor), aumentar la temperatura reduce el valor de la constante de equilibrio. Para las reacciones endotérmicas, que absorben calor, el aumento de la temperatura aumenta el valor de la constante de equilibrio. La relación específica se describe en la ecuación de van’t Hoff:

ln (K₂÷ K₁) = (−∆H⁰÷ R) × (1 / T₂ - 1 / T₁)

Donde (∆H⁰) es el cambio en la entalpía de la reacción, (R) es la constante universal de los gases, (T₁) y T₂) son las temperaturas inicial y final, y (K₁) y (K₂) son los valores inicial y final de la constante.