Concentraciones de equilibrio

Fórmulas y unidades de las concentraciones de equilibrio

Para calcular las concentraciones de equilibrio, necesitamos saber dos cosas:

• El valor de la constante de equilibrio_{Kc para} esta reacción concreta.

• La fórmula de la constante de equilibrio _Kc.

• La concentración inicial de cada una de las especies que intervienen en la expresión para _Kc. En una reacción homogénea, se trata de todas las especies de la reacción.

• También puede ser útil conocer la fórmula cuadrática .

La fórmula de la constante de equilibrio_Kc puede deducirse de la ecuación de la reacción. Por ejemplo, tomemos la reacción \(aA(g)+bB(g) \(cC(g)+dD(g)\) . Para hallar _Kc, utilizaríamos la siguiente expresión

$$K_c=\frac{{[C]_{eqm}}^c\space {[D]_{eqm}}^d}{{[A]_{eqm}}^a\space {[B]_{eqm}}^b}\qquad K_p=\frac{{{(P_C)}_{eqm}}^c\space {{(P_D)}_{eqm}}^d}{{{(P_A)}_{eqm}}^a\space {{(P_B)}_{eqm}}^b}$$

Calcular las concentraciones de equilibrio también implica resolver una ecuación cuadrática. La mayoría de las calculadoras científicas pueden resolverlas por ti, pero en su lugar puedes utilizar la fórmula cuadrática. Para la ecuación \(ax^2+bx+c=0\) , la fórmula cuadrática se parece un poco a esto

$$x=\frac{-b\pm \sqrt{b^2-4ac}}{2a}$$

Unidades de concentración de equilibrio

Es típico que la concentración se exprese en M, que significa moles por litro. Esto equivale a moles por decímetro cúbico, o mol ^dm-3. ¡No te sorprendas si lo ves escrito de esta forma alternativa!

Calcular las concentraciones de equilibrio a partir de las concentraciones iniciales

Ahora que ya hemos hablado de las fórmulas y unidades utilizadas para calcular las concentraciones de equilibrio, estamos listos para pasar al método. Pero antes de seguir adelante, recordemos cómo se calcula la constante de equilibrio a partir de las concentraciones inicial, de equilibrio y de cambio. Esto nos ayudará a comprender cómo podemos adaptar el proceso para calcular la concentración de equilibrio a partir de la concentración inicial y la constante de equilibrio:

1. Utiliza la concentración inicial y de equilibrio de una especie que conozcas para calcular su cambio de concentración.
2. Utiliza la ecuación química equilibrada para calcular el cambio de concentración y, por tanto, la concentración de equilibrio del resto de especies que intervienen en la reacción.
3. Sustituye los valores de la concentración de equilibrio en la expresión de la constante de equilibrio para obtener tu respuesta final.

Entonces, ¿en qué se diferencia esto del cálculo de las concentraciones de equilibrio? En este último caso, no conocemos la concentración de equilibrio ni el cambio de concentración de ninguna de las especies, sólo conocemos sus concentraciones iniciales. Sin embargo, podemos representar el cambio en la concentración de cada una de las especies implicadas utilizando múltiplos de una letra arbitraria, como x. A continuación, mostramos la concentración de equilibrio utilizando la concentración inicial y el cambio en x.

Cuando sustituimos las concentraciones de equilibrio en la fórmula de la constante de equilibrio _Kc, obtenemos una ecuación cuadrática. Podemos resolverla para hallar x. Recuerda que x representa el cambio en la concentración, por lo que podemos calcular la concentración de equilibrio de cada especie utilizando sus concentraciones iniciales y nuestro valor de x.

El proceso puede parecer un poco complicado, pero una vez que lo tienes claro, no lo es tanto. Te explicaremos los pasos y luego los recorreremos con dos ejemplos prácticos:

1. Crea una tabla con filas para las concentraciones inicial, de cambio y de equilibrio de los reactantes y los productos. Rellena las concentraciones iniciales de todas las especies implicadas.
2. Utiliza la ecuación química equilibrada para representar el cambio de concentración de cada especie en función de x.
3. Escribe la concentración de equilibrio de cada especie utilizando su concentración inicial y su cambio en x.
4. Sustituye las concentraciones de equilibrio en la expresión para _Kc. Deberías obtener una fracción que contenga factores de x en un lado y una constante en el otro.
5. Multiplica el denominador de la fracción por ambos lados de la ecuación y reordénala para hallar una ecuación cuadrática.
6. Resuelve la ecuación utilizando tu calculadora o la fórmula cuadrática para hallar dos valores de x. Descarta el valor inadecuado.
7. Vuelve a tu tabla de concentraciones iniciales, de cambio y de equilibrio de los reactivos y productos, y utiliza tu valor de x para calcular la concentración de equilibrio de cada especie.

¿Listo para intentarlo? Aquí tienes dos problemas para que te pongas a prueba.

Ejemplos de cálculo de concentraciones de equilibrio

Espero que ahora el proceso tenga un poco más de sentido. Aquí tienes otro ejemplo para que lo pruebes.

Cálculo de las presiones parciales de equilibrio

También puede utilizarse el mismo método para calcular las presiones parciales de equilibrio. En lugar de representar un cambio en la concentración, la letra x representa simplemente un cambio en la presión parcial y se mide en atm.

Esto es todo por este artículo. A estas alturas, ya deberías saber cómo calcular las concentraciones de equilibrio utilizando las concentraciones iniciales y la constante de equilibrio_Kc. Esto implica representar el cambio de concentración en términos de x, y formar y resolver una ecuación cuadrática.