Todo estudiante de química conoce el principio de Le Chatelier, que establece que cualquier cambio de temperatura, La presión, el volumen o la concentración en un sistema dado llevarán al sistema a establecer un nuevo equilibrio. Expresar. Con el conocimiento de la reacción (por ejemplo, si es endotérmica o exotérmica), puede usar esto para predecir lo que sucederá cuando se imponga un cambio en el sistema.
Pero hay un método más cuantitativo que puede utilizar para determinar qué dirección favorecerá una reacción, y si se encuentra actualmente en equilibrio o no, y esto se llama cociente de reacción. Aprender a calcular el cociente de reacción para una reacción dada es una herramienta simple pero poderosa en química.
Explicación del cociente de reacción
El cociente de reacción es una forma de cuantificar las cantidades relativas de reactivos y productos para una reacción reversible en cualquier momento. Se le da el símbolo Q, y puede calcularlo usando una fórmula simple que involucra las concentraciones (técnicamente las "actividades") de los productos y los reactivos, junto con sus constantes estequiométricas.
El cociente de reacción y la constante de equilibrio (K) son cantidades similares (pero no idénticas), y comparar las dos en cualquier momento dado le indica en qué dirección procederá la reacción hasta que alcance el equilibrio.
La diferencia entre Q y K
Las ecuaciones para Q y K son muy similares, dependiendo de las concentraciones de reactivos y productos, pero hay una diferencia crucial entre las dos cantidades: La ecuación de la constante de equilibrio es solo válido cuando el sistema está en equilibrio (es decir, cuando la velocidad de la reacción directa coincide con la velocidad de la reacción inversa).
El cociente de reacción es válido en todo el tiempo, por lo que la reacción no tiene que estar en equilibrio para que usted la calcule. Sin embargo, cuando la reacción está en equilibrio, Q = K, y las dos ecuaciones dan el mismo resultado.
Calcule Q para una reacción
La ecuación para Q, para una reacción general entre productos químicos A, B, C y D de la forma:
Es dado por:
Básicamente, son los productos multiplicados juntos divididos por los reactivos multiplicados juntos, cada uno elevado a una potencia igual a sus constantes estequiométricas (es decir, los números de cada componente en el reacción). Sin embargo, es importante señalar que los corchetes aquí se refieren a las actividades de los productos químicos.
Para un sólido o un líquido puro, el término en la ecuación para Q funciona a uno, por lo que pueden ser efectivamente ignorados. Para un solvente, usa la fracción molar, para un gas usa la presión parcial (o molaridad) y para un soluto usa la molaridad.
Un simple ejemplo de cálculo le dará una idea de cómo calcular Q para una reacción. Toma la reacción:
Con las molaridades: [CO] = 1 M, [H2O] = 1 M, [CO2] = 2 M y [H2] = 2 M, y la constante de equilibrio K = 1. Tenga en cuenta que las constantes estequiométricas para cada uno de los componentes en este caso son una, por lo que no necesita preocuparse por las potencias en el cálculo. Usando la expresión para Q da:
Tenga en cuenta que este valor para Q es mayor que el valor dado para K.
Interpretando Q
Hay tres casos principales a considerar para comprender cuál es el valor de Q Te dijo: Q > K, Q = K y Q < K. Para Q > K, esto significa que hay más productos presentes de los que habría en el equilibrio, por lo que la reacción cambiará a favor de los reactivos.
Para Q = K, la reacción está en equilibrio y permanecerá así a menos que algo perturbe el sistema (por ejemplo, si se agrega calor o se aumenta la presión).
Para Q < K, hay más reactivos que productos presentes que en el equilibrio, por lo que la reacción procederá hacia adelante y favorecerá la formación de productos.