4° año. EQUILIBRIO IÓNICO

Equilibrio Iónico

Los electrólitos, sustancias que en solución acuosa conducen la corriente, son ácidos, bases o sales que al disolverse en agua se disocian total o parcialmente. En caso de una disociación parcial se alcanza un estado de equilibrio en el cual coexisten iones ( aniones y cationes) con moléculas no disociadas.

Los electrólitos se  clasifican en fuertes y débiles según que el equilibrio se desplace ampliamente hacia la formación de iones o más bien hacia la formación de moléculas. La mayoría de las sales, unos  pocos ácidos y relativamente pocas bases son electrólitos fuertes. Entre los electrólitos fuertes podemos citar HClO₄, HCl, HNO₃, KOH, NaOH, Ca(OH)₃, NaCl, NaNO₃, K₂SO₄, entre otros. Como ejemplo de electrólitos débiles mencionaremos: HCN, HCNO, HNO₂, CH₃COOH, NH₃, Pb(OH)₂, CH₃NH₂, HgCl₂.
En los electrólitos fuertes disueltos en solución acuosa la disociación es total por lo que la concentración de los iones puede hallarse directamente en la concentración de la solución. Por el contrario, en los electrólitos débiles solamente una pequeña porción de las moléculas está disociada, en consecuencia, para conocer la concentración de las diferentes especies presentes en la solución, se requiere conocer el grado de disociación.
La ley de Equilibrio puede aplicarse a la ionización de los electrólitos débiles.
Por ejemplo, el ácido acético disuelto en agua se ioniza de acuerdo con la siguiente ecuación:
         CH₃COOH + H₂O ↔CH₃COO^- + H₃O⁺
Por lo que
[CH₃COO^- ].[H₃O⁺ ]/ [CH₃COOH].[H₂O] = Ke
Como la concentración del H₂O(l) es prácticamente constante, suele incluirse en la constante de equilibrio:
[CH₃COO^- ].[H₃O⁺ ]/ [CH₃COOH] = Ke.[H₂O]
En el caso de los ácidos Ke.[H₂O] = Ka se le lĺama constante de acidez o simplemente constante ácida.
En las bases Ke.[H₂O] = Kb se le lĺama constante de basicidad o alcalinidad o simplemente constante básica o alcalina.
Cuando se trate de ácidos polipróticos, ácidos con dos o más hidrógenos ionizables, la disociación se realiza por fases, correspondiendo un valor diferente para la constante de ionización en cada caso. En las tas siguientes se dan las constantes de ionización (Ki) de algunos ácidos y bases:

ACIDOS

NOMBRE

Ka

Ka1

Ka2

Acido acético

1,8.10-5

0

0

Ácido benzoico

6,6.10-5

0

0

Ácido bórico

5,5.10-10

0

0

Ácido carbónico

0

4,4.10-7

5,6.10-11

Ácido fórmico

2,1.10-4

0

0

Ácido cianhídrico

4.10-10

0

0

Ácido sulhídrico

0

9,1.10-8

1.10-15

Ácido nitroso

4,5.10-4

0

0

Ácido fluorhídrico

6,7.10-4

0

0

Ácido ciánico

1,2.10-4

0

0

Ácido oxálico

3,8.10-2

0

0

BASES
NOMBRE	Kb

Amoníaco

1,8.10-5

Metilamina	4,4.10-4
Dimetilamina	5,2.10-5

Anilina

4,0.10-10

El conocimiento de la constante de ionización no sólo permite resolver numerosos cálculos sino también para hacer un estudio comparativo de las fuerzas de ácidos o bases. Cuanto más fuerte es un ácido tanto mayor será el valor de Ka.

Otra forma de comparar la fuerza relativa de los diferentes ácidos es mediante el uso de un térnino llamado pKa que viene definido por la siguiente expresión:

                                                        pKa = -logKa = log 1/Ka

Utilizando este concepto diremos que cuanto mayor sea el valor de pKa, más débil será el ácido.

PROBLEMAS RESUELTOS Y POR RESOLVER

1.-Una solución de ácido acético (CH3COOH) 0,04 F, se encuentra ionizada en 2,1% . Valcular la constante de ionización.

Resolución:

Se escribe la ecuación de ionización del ácido:
           CH₃COOOH ↔CH₃COO^- + H⁺

La expresión de Ka para este equilibrio es:
 
         Ka =[ CH₃COO^-] . [ H⁺] /CH₃COOOH]

4° Año. PROBLEMAS

EQUILIBRIO QUÍMICO

Resuelva los siguientes problemas:

1.- En un tubo cerrado de 38,3 ml se inyectan 1,50 g de PCl₅ a 760°K si el PCl₅  se descompone parcialmente según la siguiente ecuación: PCl₅ ↔ PCl₃  + Cl₂ Si la constante de equilibrio tiene un valor 33,3 ¿ Cuáles serán las concentracioned de las especies químicas en el equilibrio?
Resp. 0,001 moles/l de PCl₅  ;  0,197 moles/l de PCl₃  y 0,197 moles/l de Cl_{2
2.- En un recipiente a 230°C tenemos en equilibrio} PCl_{5 ,} PCl₃ y Cl₂  el análisis muestra que las concentraciones son: [PCl₅]= 0,86 mol/l [PCl₃= 0,14 mol/ l y [Cl₂]= 0,14 mol/l. Si la ecuación para la reacción es PCl₅ ↔ PCl₃  + Cl₂.
Calcule la constante de equilibrio.                                                                     Resp.- 2,30 . 10^-2

3.- La reacción entre el dióxido de azufre, SO₂, y el oxígeno, O₂ produce trióxido de azufre, SO₃ a 25°C; las concentraciones molares en el equilibrio son [SO₂ ]=0,20 mol/l [SO₃]= 0,60 mol/l y [ [O₂]= 0,30 mol/l. Si la ecuación para la reacción es
                2SO₂ + O₂ ↔ 2SO₃

Calcular la constante de equilibrio.
                                                               Resp.- 30

4.- La fosfina PH₃ se produce al reaccionar fósforo con el hidrógeno de acuerdo con la siguiente ecuación:
             P₄(g) + 6H₂(g) ↔ 4PH₃(g)
En una muestra a 700°C las concentraciones molares en equiibrio son: [P₄]=1,00       [H₂]= 2,00 [PH₃] = 2,00 .
Calcule la constante de equilibrio

                                                Resp.- 2,50 .10^-1

5.- En un recipiente de 5 litros a 500°K se descompone parcialmente una muestra de HI. La composición del sistema en equilibrio es la siguiente: H₂ = 10 . 10^-3 ; I₂ = 10 .10^-3 y HI = 8 . 10^-2   Si la ecuación de la reacción es:   2HI↔H₂+ I₂ .  Calcular el valor de la constante de equilibrio
                                                    Resp.-64

6.- En un recipiente de 10 litros a 25°C se tiene en equilibrio SO₃, SO₂ y O₂. La composición de la muestra es SO₃ = 6 moles SO₂ = 2 moles y O₂ = 3 moles. Si la ecuación de la reacción es 2SO₂(g)  +  O₂(g) ↔2SO₃(g)
Calcular la constante de equilibrio.
                                                     Resp.- 30

7.- En un recipiente de 4 litros a 720°C se tiene en equilibrio P₄ , H₂ y PH₃. La composición de la muestra es la siguiente P₄ = 4 moles , H₂ = 8 moles y PH₃ = 2 moles

Si la ecuación de la reacción es: 

             P₄(g)  + 6H₂(g) ↔ 4PH₃(g)

Calcule la constante de equilibrio.

                                       Resp.- 2,50 . 10^-1

 8.- Tenemos un sistema en equilibrio a 720°C que obedece a la reacción:

           P₄(g)  + 6H₂(g) ↔ 4PH₃(g)

Si las concentraciones en equilibrio son para P₄(g)= 1mol/ l y  H₂(g) = 2 mol/l calcular la correspondiente al PH₃(g) si sabemos que la constante de equilibrio es 2,50 . 10^-1

                                                   ^{Resp.- 2 mol/l}

^{9.- Consideremos un sistema en equilibrio a 230°C que obedece a la reacción}

                         PCl_{3 (g)} + Cl_{2(g) ↔}PCl_{5 (g)}

 si las concentraciones en equilibrio son para   PCl₃ =0,14 mol/l  y la del Cl_{2 = 0,14 mol/ l , se desea conocer la correspondiente al} PCl_{5 sabiendo que el valor de la constante de equilibrio es} 2,30 . 10^-2

^{10.- Tenemos un sistema en equilibrio a 400°C que obedece a la reacción}  H_2(g)+ I_2(g) ↔2HI(g)

Si las concentraciones en equilibrio para el H_{2 =} 2,00 . 10^{-3 mol/ l y la del  I}_{2 =} 2,00 . 10^-3  mol/l averigue la correspondiente al HI si sabemos que la constante de equilibrio tiene un valor de 64.

                                              Resp.- 1,60 .10^-2

11.- En un recipiente de un (1) litro se descompone un (1) mol de HI a 490°C según la siguiente ecuación:

                              2HI(g)↔H_2(g)+ I_2(g)

Si la constante de equilibrio para esta reacción es 46, se quiere saber la concentración de cada una de estas especies químicas en el equilibrio.

Resp.- 0,87 mol/l para H_{2(g) e} I_{2(g) y}  0,13 mol/l para HI

4° año. Parte II. EQUILIBRIO QUÍMICO

PROBLEMAS

5.- En un recipiente de 10 litros a 500 °K, se descompone una muestra de PCl₅(g) para producir los gases PCl₃ y Cl₂. La composicion del sistema al llegar al equilibrio es la siguiente:[PCl₅]=8,61 moles ; [PCl₃]= 1,39 moles y [Cl₂]=1,39 moles. Calcule la constante de equilibrio.

Ecuación en el equilibrio: PCl₅  ↔ PCl₃ + Cl<sub>2

Para resolverlo se calcula la concentración molar de cada gas al encontrarse en un recipiente con 10 litros de volumen.</sub> 
[PCl₅]=8,61 moles/10 l = 8,61 . 10^-1 mol/l
[PCl₃]= 1,39 moles/10 l =1,39 . 10^-1 mol/l
[Cl₂]  =1,39 moles/10 l = 1,39 . 10^-1 mol/l
Escribimos
Ke =[PCl₃ ] x [Cl₂] / [PCl₅]
Sustituimos y resolvemos:
✔ Ke= 2,24 .10^-1 📁

6.- La reacción entre el SO₂ y el O₂ produce SO₃ según la siguiente ecuación
         2SO₂  +  O₂  ↔ 2SO₃
¿Cuál será la concentración de SO₃(g) en el equilibrio si la del SO₂ es de 0,20 mol/l y la de  O₂ es 3,00 . 10^-1 mol/l. La constante de equilibrio es 30.
 Escribimos la expresión de la constante de equilibrio
                   Ke = [SO₃]² / [SO₂]²  . [O₂]
Reemplazamos:
                    30 =  x²/ (2,00 . 10^-1)^{2 .} 3,00 . 10^{-1
Resolvemos}    

30 =  x²/ 4,00 . 10^-2 . 3,00 . 10^-1
30 =  x²/1,20 . 10^{-3
Despejamos} 
 x^{2 = 3,00 . 10 x  1,20 . 10-3
x2 = 3,60 . 10-3}

✔x =6,0 . 10^-1 mol/l📁

RESUELVA

7.-Considere un sistema en equilibrio a 1 000 °C que obedece a la siguiente reacción: N₂  +  H₂  ↔ 2NH₃ 
¿Cuál sera la concentración de NH₃ en equilibrio si la del N₂ es 2 moles/ litro y la del H₂ es de 3 moles/ l? La constante de equilibrio para la reacción dada es 2,37 . 10^{-3
Resp: [} NH₃ <sup>] = 0,3577 moles/l

8.- En un recipiente de un litro se descompone un mol de trióxido de nitrógeno, N₂O₃, a 25°C según la siguiente ecuación;
                             N₂O₃ ↔NO(g) + NO₂(g)</sup>
La constante de equilibrio para esta reacción es Ke= 8,42 . 10^-2
 Calcule las concentraciones de las especies químicas en el equilibrio.

Resolución.

Escribimos la expresión de Ke para la reacción:
Ke = [NO(g)] x [NO₂(g)]/ [N₂O₃(g)]=8,42 . 10^-2

Analizamos la reacción en términos de su equilibrio:
a) Al iniciarse la reacción existe 1 mol de  N₂O₃  y 0 moles de NO y de NO₂

b) Al llegar al equilibrio, podemos considerar que se han transformado x moles de N₂O₃   y por consguiente se habrán formado x moĺes de NO y x moles de NO₂; en consecuencia las concentraciones en el equilibrio  serán:
[N₂O₃] = 1 - x
[NO]    = x
[NO₂]  = x

Sustituimos por estas concentraciones en Ke y despejamos:

    x . x / 1-x =8,42 . 10^-2

      x² = (1-x) (8,42 . 10^-2)

Resolvemos:

     x²  =    8,42 . 10^-2  - 8,42 . 10^-2 x

Ordenamos la ecuación de segundo grado obtenida:

 x²   +  8,42 . 10^-2 x  - 8,42 . 10^-2 = 0

Resolvemos y obtenemos:

x₁ = 2,51.10^-3 y  x₂ =-33,51. Se descarta x₂ por ser negativo

Por tanto, las concentraciones en el equilibrio serán:

[N₂O₃] = 1 - x = 1 - 2,51.10^-3 = 7,50 . 10^-1

[NO]    = x =2,51.10^-3

[NO₂]  = x = 2,51.10<sup>-3

9.- En un recipiente de un (1) litro a 490° C se hacen reaccionar un (1) mol de iodo y un (1) mol de hidrógeno produciéndose cierta cantidad de yoduro de hidrógeno. Si la constante de equilibrio para la reacción H₂(g) + I₂(g) ↔2HI(g) es de 46, ¿Cuál es la concentración de cada una de las especies químicas en el equilibrio?</sup>

Resolución

La expresión de equilibrio para la reacción es

               Ke = [HI(g)]²/ [H₂(g)]  . [I₂(g)]

La relación estequiométrica que indica la reacción es: un (1) mol de hidrógeno y un (1) mol de iodo producen dos (2) moles de yoduro de hidrógeno. Si consideramos que para llegar al equilibrio se transforman x moles de hidrógeno y x moles de iodo se habrán formado 2x moles de yoduro de hidrógeno, por tanto, las concentraciones en equilibrio serán:
           H₂(g)      +      I₂(g)    ↔    2HI(g)
            1-x                  1-x               2x
Introducimos estos valores de concentración en la expresión de equilibrio:
                 Ke = [HI(g)]²/ [H₂(g)]  . [I₂(g)]
Substituimos
                  46 = (2x)²/ (1-x) (1-x)     
Resolvemos
                   46 = 4x²/ 1-2x + x²
Despejamos:
                   46 ( 1-2x + x² ) = 4x²
Resolvemos:
                    46 - 92x + 46x² = 4x²
Ordenamos la ecuación de segundo grado:
                     42x² - 92x + 46 = 0
Al  resolverla obtenemos x = 7,72 .10^-1
Por consiguiente, las concentraciones molares en el equilibrio son:
[H₂(g)] = 1 - x = 1 - 7,72 .10^-1 =2,28 . 10^-1
[I₂(g)] = 1 -  x = 1 - 7,72 .10^-1 =2,28 . 10^-1
[HI(g)]= 2x =1,544

4° año.PARTE I EQUILIBRIO QUÍMICO

A continuación daremos una explicación detallada acerca del equilibrio químico y resolveremos paso a paso un grupo de problemas; usted debe estudiar cada uno de los problemas resueltos en el ententendido que en algunos de estos problemas usted domina las fórmulas y operaciones que necesariamente deben ser aplicadas.

Experimentalmente está comprobado que muchas reacciones químicas pueden ocurrir en dos sentidos. A estas reacciones se les llama reversibles. Por ejemplo, un sistema formado por yodo e hidrógeno gaseosos colocados en un recipiente cerrado y a una temperatura constante de 445° C. Al cabo de cierto tiempo, disminuye el intenso color púrpura del yodo, indicando que se ha puesto en marcha la reacción directa que formará yoduro de hidrógeno (incoloro) según la siguiente ecuación:

H_2(g) + I₂ ➡ 2HI_(g)

A medida que el yoduro de hidrógeno se va produciendo, la reacción inversa llega a ser posible cuando la concentración de HI alcanza un valor apropiado:

2HI_(g) ➡ H_2(g) + I₂

Al pasar el tiempo se observa la aparición de un color púrpura cuya intensidad aumenta hasta alcanzar un punto en el cual ya no se observa ningún cambio adicional del color, siempre y cuando la temperatura permanezca constante. Y al no producirse modificaciones en el sistema reaccionante decimos que el sistema ha alcanzado el estado de equilibrio. Esto se escribe químicamente así:

H_2(g) + I₂ ↔ 2HI_(g)

El equilibrio químico es un estado dinámico en el que, a determinada temperatura, las velocidades de las reacciones directa e inversa son iguales.
Ahora bien, conforme con la Ley de Acción de Masas, la velocidad de una reacción a temperatura constante es proporcional al producto de las concentraciones de las sustancias reaccionantes.
En el equilibrio anterior la ley establece:
i) Para la reacción directa (Rd):
                      Rd= Kd [H_2(g)] [I_2(g)]   
donde Rd es la velocidad y Kd la constante de velocidad.
ii) Para la reacción inversa (Ri):
                       Ri = Ki [HI_(g)]²

donde Ri es la velocidad y Ki la constante de velocidad.

Dado que en el equilibrio la velocidad directa e inversa son iguales:

                                    Rd = Ri

Kd [H_2(g)] [I_2(g)]  =  Ki [HI_(g)]²

Dividiendo miembro a miembro queda:

               Kd / Ki =[HI_(g)]²  / [H_2(g)] [I_2(g)]

_{Como Kd y Ki son constantes, el cuociente entre ambas también es constante y se representa mediante Ke}

_{Por consiguiente,  Ke  =}  [HI_(g)]² / [H_2(g)] [I_2(g)]

Esta expresión corresponde a la Ley de Equilibrio Químico en la que Ke es ls constante de equilibrio.
En tanto ley, esta expresión puede generalizarse para la reacción reversible en fase gaseosa representada asi: 
                     aA + bB ↔ cC + dD
           Ke= [C]^c .  [D]^d / [A]^a . [B]^b
La Ley de Equilibrio se enuncia: en un sistema en equilibrio, el producto de las concentraciones en moles/litro de las sustancias resultantes entre el producto de las concentraciones en moles/ litro de las sustancias reaccionantes, cada una de ellas elevada a una potencia igual al número de moles que intervienen en la reacción, es un valor constante para cada temperatura.
Este enunciado es clave de amplia aplicación en la resolución de problemas. 

<sup>PROBLEMAS RESUELTOS

1.- Escriba la expresión de la Ley de Equilibrio para los sistemas dados a continuación:
i) 4NH₃₍g) + 5O₂₍g) ↔ 4NO(g)  + 6H₂O(g)
ii) H₂O(g)  +  CO(g)  ↔ H₂(g)  + CO₂(g)

Resolvemos</sup>  1i) aplicando enunciado de la Ley de Equilibrio:
 ^Ke= [NO(g)]⁴  . [H₂O(g)]⁶ / [NH₃₍g)]⁴ . [O₂₍g)]<sup>5

Resuelva 2i aplicando el mismo enunciado utilizado en 1i</sup> 

2.-En un recipiente a 750°C se tienen en equilibrio H₂S(g), H₂(g) y S₂(g). El análisis muestra que la concentración molar de cada uno es:

[H₂S]: 9,30 × 10^-2

[H₂]: 7,60 × 10^-2

[S₂]: 1,60 × 10^-6

Si la ecuación en el equilibrio es 2H₂(g) + S₂(g) ↔2H₂S.

Calcule la constante de equilibrio.

2) Se escribe la expresión de la Ley de Equilibrio:
Ke = [H₂S]² / [H₂(g)]² x [S₂(g)]
Se sustituye:
Ke = ( 9,30 × 10^-2 )² /  (7,60 × 10^-2)² x 1,60 × 10^-6

Se resuelve:
Ke= 8,65 10^-5/ 5,78 × 10^-5 x 1,60 × 10^-6
y da:
✔Ke = 9,30 10⁵ l/mol 📁

3.-En un recipiente a 400°C se tienen en equilibrio H_2(g), I_{2 y} HI_(g)  el análisis muestra que las concentraciones son:

 [H_2(g)] : 0,002 ;  [I_2(g)] : 0,002 y [HI_(g)] :0,016

Si la ecuación para la reacción es:

H_2(g) + I₂ ↔ 2HI_(g)

_{Calcule la constante de equilibrio.}

_Ke= [HI_(g)]² / [H_2(g)] [I_2(g)]

Siempre se trabaja en notación científica por lo que las concentraciones dadas deben escribirse en notación científica. De modo que quedan: [H_2(g)] :2 x 10^-3 ;

[I_2(g)]:2 x 10^-3 y [HI_(g)] :1,60 x 10^-2

^{Se sigue el mismo procedimiento que en el problema 2 antes indicado y queda ✔Ke= 0,64}  x 10² = 64📁
4.-En un recipiente de 2 litros a 1 000°C se tiene NH₃; N₂ y H₂ en equilibrio; el análisis de la muestra indica que tiene la siguiente composición NH₃=2,04 moles; N₂=2,06 moles y H₂ = 3,24 moles. Calcular la constante de equilibrio.
Resolvemos. Escribiendo la expresión de equilibrio para la reacción: 
                             N₂ + 3H₂ ↔2NH₃
y de
                    Ke = [NH₃]² / [N₂]  x [H₂]³
Observese que el recipiente es de 2 litros y  las sustancias que contiene son gases y siempre los gases ocupan todo volumen disponible. Esto significa que debe calcularse la concentración molar de cada sustancia pues los moles dados no están en un litro sino en dos. Calculamos las concentraciones molares que pide Ke:
[NH₃] = 2,04 moles/2 litros = 1,02 mol/l
[N₂] = 2,06 moles/2 litros = 1,03 mol/l
_{[H2] = 3,24 moles/ 2 litros = 1,62 mol/l}

Sustituimos en Ke = [NH_3]² / [N₂]  x [H₂]³

 y calculamos 
Ke =( 1,02 mol/l)² / (1,03mol/l)  x (1,62mol/l)^{3
✔Ke= 2,37 . 10}
_{Enlace Recomendado:
 https://m.monografias.com/trabajos73/equilibrio-quimico/equilibrio-quimico.shtml}

Crucigrama

7

1E

2M

3B

4A

5R

6A

7Z

8O

9E

10C

11T

12O

13P

14I

15C

16O

1N

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3N

4A

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6C

7U

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9R

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HORIZONTALES:

1.- Embarazo ectópico

 .- Útero

 .-Gestación

.-Cromosómica

.-Trompa de Falopio

Cuerpo Lúteo

Umbilical
Corona( Radiada
Embrioblasto
Cavidad (amniótica)
Morula
Blastocito

VERTICALES
1.-Endometrio
2.-Mol

.-Implantación

.- Feto

.-Placenta

.-Ovocito

.-Folículo