Equilibrio Químico y transición de fases (Clausius - Clapeyron).

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Hay muchas propiedades que se pueden considerar propiedades de estado. Muchas son función de otras, es decir, hay propiedades independientes y propiedades dependientes. La cantidad de propiedades dependientes es muy grande. En cambio, se puede identificar una cantidad muy reducida de propiedades independientes de las que se pueden obtener las demás.

Por lo que “La menor cantidad de propiedades independientes (propiedades de estado) que definen un estado de equilibrio en un sistema es igual a la cantidad de formas diferentes en que el sistema puede intercambiar energía con el medio ambiente más uno”. Este es el postulado del estado, que fue propuesto por dos teóricos llamados Kline y Koenig en 1957 el cual fue modificado para una mejor comprensión y de acuerdo a lo que se entendió al momento de la investigación.

Después de lo anterior podemos definir al equilibrio como aquel estado donde es incapaz de experimentar espontáneamente algún cambio de estado o proceso termodinámico cuando está sometido a determinadas condiciones de contorno.

Existen distintos tipos de equilibrio, de acuerdo al tipo de interacción que tenga lugar.

1. En equilibrio químico porque no hay cambio de composición.

2. En equilibrio térmico porque no hay intercambio de calor con el medio externo.

3. En equilibrio mecánico, interno y con el medio ambiente, porque a pesar de que la presión interna es algo mayor que la externa (lo que se contrarresta por la tensión de la goma) no hay resultante en ningún sentido ni se produce trabajo mecánico.

El equilibrio químico está definido como un estado de un sistema reaccionante en el que no se observan cambios a medida que transcurre el tiempo entre dos reacciones opuestas que tienen lugar simultáneamente a las mismas velocidades.

En donde sabemos que es un proceso dinámico en el que continuamente los reactivos se están convirtiendo en productos y los productos se convierten en reactivos; cuando lo hacen a la misma velocidad nos da la sensación de que la reacción se ha paralizado. [pic 4]

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Como se dijo anteriormente el equilibrio se da en reacciones reversibles las cual es una reacción química. Consideremos por ejemplo la reacción de los reactivos A y B que se unen para dar los productos C y D, ésta puede simbolizarse con la siguiente ecuación química:

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Los coeficientes estequiométricos, es decir, el número relativo de moles de cada substancia que interviene en la reacción se indican como a, b para los reactivos y c, d para los productos, mientras que la doble flecha indica que la reacción puede ocurrir en uno u otro sentido, directo e inverso.

Puesto que la reacción puede proceder en ambas direcciones y el sentido neto de la reacción está definido por la presión, la temperatura y la concentración relativa de reactivos y productos en el medio en que se desarrolla, la definición de reactantes y productos en este tipo de reacciones es convencional y está dada por el tipo de proceso estudiado.

Se puede deducir que el sistema evolucionará cinéticamente, en uno u otro sentido, con el fin de adaptarse a las condiciones energéticas más favorables. Cuando éstas se consigan, diremos que se ha alcanzado el equilibrio, esto es, ΔG = 0

Al realizarse experimental y teóricamente reacciones se comprobó que las concentraciones de las sustancias que intervienen en el proceso, cuando éste llega al equilibrio, son las mismas, independientemente de la concentración inicial. Por lo que se demuestra que hay una relación entre ellas que hace que permanezca constante, siempre y cuando la temperatura no varíe. Siendo así como Guldberg y Waage, en 1864, encontraron, de una forma absolutamente experimental, la ley que relacionaba las concentraciones de los reactivos y productos en el equilibrio con una magnitud, que se denominó constante de equilibrio.

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Siendo la Ley de acción de masas la que relaciona la concentración de reactivos y productos en equilibrio en términos de la anterior constante de equilibrio a la que se define como el producto de las concentraciones en el equilibrio de los productos elevadas a sus respectivos coeficientes estequiométricos, dividido por el producto de las concentraciones de los reactivos en el equilibrio elevadas a sus respectivos coeficientes estequiométricos, siendo una constante para cada temperatura.

La magnitud Kc mide el grado en que se produce una reacción, así:

• Cuando Kc > 1, en el equilibrio la mayoría de los reactivos se convierten en productos.

• Cuando Kc . `, en el equilibrio prácticamente sólo existen los productos.

• Cuando Kc

La constante de equilibrio en función de la presión

Existen otras formas para expresar la constante de equilibrio. Hasta ahora, hemos utilizado la expresión de Kc para relacionar las concentraciones de las sustancias que participan en el equilibrio.

También se puede expresar, en aquellas reacciones cuyos componentes son gaseosos, en función de la presión parcial de las sustancias gaseosas que intervienen en el equilibrio. A esta nueva constante la llamaremos Kp.

[pic 9]

Una de las grandes aplicaciones de la ley del equilibrio químico es, precisamente, el cálculo del rendimiento de una reacción química, es decir, el grado de desplazamiento del equilibrio hacia los productos, conocida la Kc.

Se puede asegurar que un alto valor de Kc implica un elevado desplazamiento del equilibrio hacia los productos y, por contra, un bajo valor de Kc implicaría que la evolución del equilibrio químico ha sido desfavorable para los productos.

Un concepto importante es el grado de disociación se define como el cociente entre el número de moles disociados dividido por el número total de moles iniciales.

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Multiplicando el cociente anterior por cien, obtendríamos el grado de disociación, α, expresado en tanto por ciento, lo cual daría una idea de la evolución del equilibrio.

Factores que modifican el equilibrio.

Ley de