Estudio Sistematico Del Equilibrio Quimic1

 

ESTUDIO SISTEMATICO DEL EQUILIBRIO QUIMICO Muchos problemas de equilibrio químico presentan complejidad en sus soluciones debido al gran número de reacciones y especies químicas implicadas. Hay casos tan complejos que debe acudirse al uso de computadoras para resolución de ecuaciones correspondientes. El procedimiento básico en el tratamiento sistemático consiste en escribir tantas reacciones algebraicas a lgebraicas como incógnitas (especies) haya en el problema, para de esta forma poder solucionarlo algebraicamente. En la mayoría de las ocasiones la solución es simple. Las n ecuaciones se obtienen escribiendo todas las condiciones de equilibrio, a las que se suman dos: la lass de balance de masa y la de balance de carga eléctrica. A continuación se explican cada una de estas dos últimas: 

  BALANCE DE CARGA ELECTRICA

El balance de carga eléctrica es una expresión algebraica algebraica de la electro neutralidad de la solución, lo cual significa que la sumatoria de cargas positivas es igual a la sumatoria de cargas negativas en la misma solución. La forma general de la ecuación de balance de carga eléctrica para cualquier solución es

∑         = ∑         n1[C1] + n2[C2] +……..= m1[A1] + m2[A2]+………  donde [Ci] = concentración del i-esimo catión ni = magnitud de la carga del i-esimo catión [Ai]= concentración del i-esimo anión mi = magnitud de la carga del i-esimo anión Ejemplo: Escribir el balance da carga para una solución que contiene H2O, H+, OH-, ClO4-, Fe(CN)63-, CN-, Fe3+, Mg2+, CH3OH, HCN,NH3, y NH4+  La ecuación correcta es : [H+] + 3[Fe3+] + 2[Mg2+] + [NH4+] = [OH-] + [ClO4-] + 3[Fe(CN)63-] +[CN-] Como puede observarse puesto que la carga del Fe Fe3+ es de +3 la contribución contribución del ion hierro a la concentración de carga es + 3[Fe 3+]. Si se conociera la concentración molar del hierro se reemplazaría la expresión expresión [Fe3+] por su valor.

 

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  BALANCE DE MASA

Este balance es conocido también como balance de materia, es una forma de expresar la conservación de la materia. Esta expresión establece que la suma de las cantidades de todas las especies que contienen un átomo (o grupo de átomos) particular debe ser igual a la cantidad de ese átomo (o grupo de átomos) introducido en la solución. Cuando se prepare una solución de Ácido Acético disolviendo 0,050 mol de ácido acético en agua para obtener un volumen de 1 litro. El ácido acético se disocia parcialmente en acetato: CH3COOH =

CH3COO-  + H+ 

El balance de masa nos dice dice en este caso que la suma suma de las cantidades de ácido disociado disociado y el sin disociar debe ser igual a la cantidad de ácido acético introducido inicialmente a la solución. [CH3COOH] + [CH3COO-] = 0,050 M

El H3PO4  se disocia en H2PO4-, HPO4= y PO43- . El balance de masa para una solución 0,025 M es: [H3PO4] + [H2PO4-] +[ HPO4= ] +[ PO43-]= 0,025 M Cuando se mezclan en un litro de solución 0,025 moles de KH 2PO4 y 0,030 moles de KOH, los balances de masa que pueden establecerse son: KH2PO4 = K+ + H2PO4Y el KOH se disocia según KOH = K+  + OH-  Lo que indica que el balance de masa del potasio es: [K+] = 0,025 + 0,030 = 0,055 M   PASOS PARA LA APLICACIÓN DEL ESTUDIO SISTEMATICO

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Para la resolución de problemas de equilibrio químico los pasos a seguir son los siguientes: 1.  1.  2.  2.  3.  3.  4.  4.  5.  5. 

Escribir las reacciones reacciones que se suceden suceden Expresar la constante de equilibrio de cada reacción anterior Escribir la ecuación de balance de cargas eléctricas. Escribir la ecuación o ecuaciones del balance balance de masa. Contar el número de especies especies químicas o incógnitas incógnitas y compararlo con el número de las ecuaciones. Deben coincidir ambos números.

6.  Hacer las simplificaciones simplificaciones necesarias para simplificar simplificar el álgebra.

 

7.  7.  Resolver el sistema de n ecuaciones con n incógnitas para hallar el valor de todas las incógnitas. 8.  8.  Verificar la validez de las aproximaciones hechas en el paso 6. Ejemplo: Se tiene una solución acuosa de un ácido fuerte, HNO3, a concentración 0,05 M, se requiere conocer la concentración de todas las especies existentes en la solución. Aplicando el procedimiento sistemático del equilibrio se tiene: 1.  1.  2.  2.  3.  3.  4.  4.  5.  5. 

Equilibrios existentes: HNO3 → H+  + NO3-  y H2O = H+  + OH-  Constantes de equilibrio: Únicamente la del H2O : [H+][OH-] = Kw  Balance de cargas eléctricas: eléctricas: [H+] =[NO3-] + [OH-] Balance de masa: como el HNO3 es un electrolito fuerte: [NO3-] = 0,05 M Existen tres especies: H+, OH- y NO3-  (el HNO3 se disocia completamente y el H 2O es constante) y se tienen tres ecuaciones. 6.  6.  Aproximaciones: La aproximación que puede hacerse es que al considerar que es una solución de un ácido fuerte , [H+] es mayor o mucho mayor que [OH-], y por tanto [H+] =[NO3-] 7.  7.  Resolución del sistema: sistema: si se sustituye el valor de [NO3-] = 0,05 M en [H+] =[NO3-] se tiene que [H+] = 0,05 M y si se despeja [OH-] = Kw/[H+] = 1x10-14/0,05 = 2x10-13 . Las concentraciones de las tres especies en solución son: [NO3-] = 0,05 M, [H+] = 0,05 M y [OH-] = 2x10-13  8.  8.  Verificación de la aproximación: [OH-] es una cantidad muy pequeña, despreciable frente a [H+] = 0,05 M, si se sustituye [NO 3-] y [OH-] en la expresión de balance de carga: : [H+] =[NO3-] + [OH-]= 0,05 + 2x10-13 0 0,05