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INSTITUTO TECNOLGICO DE TOLUCA

PRCTICA No.10 Efecto de la temperatura en la constante de Equilibrio

Laboratorio Integral II

INGENIERA QUMICA Presenta: De Jess Jurez Jos ngel Gmora Hernndez Julio Csar Martnez Alva Olivia Catedrtico: Dr. Mara Sonia Martnez Gallegos Metepec, Mxico, Marzo 2011

Prctica No. 10 Efecto de la temperatura en la constante de equilibrio INTRODUCCINAl hablar de la reactividad en qumica, se hace referencia a la mayor o menor facilidad de un compuesto para transformarse en otra u otras sustancias. La mayora de las reacciones en qumica orgnica son irreversibles, es decir, tienden a ser completas o a desaparecer las sustancias reactantes. Algunas son reversibles, es decir, estn definidas por un estado de equilibrio entre reactantes y productos.

La caracterstica de este estado es la relacin de masas entre productos y reactantes, o sea, su constante de equilibrio.

Ke =

Masa de productos obtenidos Masa de reactantes que no reacciones

En las reacciones irreversibles no existen esa condicin de equilibrio, sino que el sistema o el proceso del cambio qumico queda definido en funcin de la cintica de la reaccin o de su velocidad de reaccin.

La temperatura afecta rotundamente la constante de equilibrio, se considera un valor invariable cuando se tiene un mismo sistema reactivo-producto a una cierta temperatura, sin embargo al incrementar o disminuir la temperatura este valor cambia completamente, por ello es debido calcular las variaciones de sistema reactivo-producto. con la temperatura del sistema, aun siendo el mismo

OBJETIVODeterminar experimentalmente la influencia de la temperatura sobre la constante de equilibrio.

FUNDAMENTOS TERICOSLa ecuacin de Van't Hoff

muestra que cuando una reaccin exotrmica ( Ho es negativa), entonces K decrece con el aumento de la temperatura, de acuerdo con el principio de Le Chtelier. Esto permite los clculos de las constantes de equilibrio de las reacciones a la temperatura T2 si la reaccin es constante a T1 es conocida y la entalpa estndar de la reaccin puede asumirse como independiente de la temperatura incluso cuando cada cambio en la entalpa estndar es definida a la misma temperatura. Sin embargo, esa suposicin es vlida solo para pequeas diferencias de temperatura. De hecho, los argumentos estndar de la termodinmica pueden ser usados para mostrar que

donde Cp es la capacidad calorfica a una presin constante. La constante de equilibrio es asociada al cambio en la energa de Gibbs estndar de una reaccin as

donde Go es el cambio en la energa de gibbs estndar de la reaccin, R es la constante de los gases y T es la temperatura absoluta. Si la constante de equilibrio ha sido determinada y la entalpa de la reaccin estndar ha sido tambin determinada, por un calormetro por ejemplo, esta ecuacin permite el cambio en la entropa estndar para la reaccin realizada. La ecuacin de Van't Hoff en termodinmica qumica relaciona la variacin de la temperatura absoluta (T) con la variacin de la constante de equilibrio (K) dado por la diferencia de entalpa ( H). Esta ecuacin fue propuesta inicialmente por Jacobus Henricus van 't Hoff.

Si se asume que el calor de reaccin no vara con la temperatura, la resolucin de esta ecuacin diferencial conduce a lo siguiente:

En esta ecuacin

es la constante de equilibrio a la temperatura absoluta .

y

es la es

constante de equilibrio a la temperatura absoluta la constante de los gases.

es la variacin de entalpa y

Considerando las relaciones entre la energa libre de Gibbs y la constante de equilibrio ( y de la siguiente manera: ), la ecuacin tambin se podra escribir

Por tanto, al representar valores de logaritmo natural de la constante de equilibrio medidos para cierto equilibrio versus el inverso de la temperatura se obtiene una lnea recta, cuya pendiente negativa es igual a la variacin de la entalpa dividida entre la constante de los gases, y la ordenada en el origen es igual a la variacin de entropa constante de los gases. La ecuacin: dividida entre la

En donde

es el incremento de la entalpa de reaccin nos ayuda a calcular de manera a cualquier temperatura, partiendo de una constante ya conocida y su

directa el valor de

respectiva temperatura.

MATERIAL Y EQUIPOMaterial 1 vaso de precipitado de 400ml 1 vaso de precipitado de 100ml 1 vaso de precipitado de 50ml 1 probeta graduada de 100ml 1 probeta graduada de 50 ml 1 bao metlico 2 matraz aforado de 100ml 1 agitador de vidrio 1 termmetro de 110C Reactivos Acetato de Etilo NaOH 0.1 Normal

VARIABLES Y PARMETROSVariables Tiempo Temperatura Parmetros Concentracin Constante de equilibrio a una temperatura

Constante de equilibrio con la variacin de pH final temperatura Variacin de pH con el tiempo Intervalo de tiempo Presin del sistemaVolumen de la solucin

METODOLOGA1.- Preparar 100 ml de NaOH 1N 2.- Preparar 100 ml de CH3CO2C5H5 1N 3.- Mezclar las soluciones en un vaso de pp. 4.- Mantener la temperatura constante de la mezcla a 50C. Utilizando un bao metablico 5.- En el potencimetro medir el pH cada minuto, y suspender hasta que la lectura del pH sea constante.

6.- Repita el procedimiento utilizando temperaturas constantes de: a) 40oC b) 30oC 7.- Compare por medio de una grfica los resultados obtenidos e interprtelos.

DIAGRAMA DE FLUJO

Preparar 100ml de cada solucin

Mezclar las soluciones en un vaso de precipitado de 100ml

Mantener temperatura constante (50C, 40C, 30C)

Medir el pH y registrar el valor constante

Graficar los resultadosRESULTADOS

Para la solucin de NaOH

Para la solucin de Acetato de Etilo

Como la densidad del acetato es: .895gr/ml el volumen a utilizar es:

Los resultados obtenidos en los 3 experimentos son:

50CTiempo(min) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 pH 12.81 12.83 12.83 12.82 12.83 12.83 12.82 12.83 12.83

40CTiempo(min) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 pH 12.91 12.88 12.88 12.89 12.90 12.91 12.92 12.92 12.92

30CTiempo(min) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 pH 13.20 13.19 13.16 13.17 13.17 13.17 13.17 13.16 13.17

El grfico siguiente muestra la variacin de pH con la temperatura a los distintos tiempos.

13.25 13.2 13.15 13.1 13.05 p H 13 12.95 12.9 12.85 12.8 12.75 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 pH 30C pH 40C pH 50C

Tiempo

CUESTIONARIO1.- Qu factores afectan la constante de equilibrio? La presin afecta nicamente la composicin al equilibrio de los reactantes y productos, la temperatura influye drsticamente en la constante pues para cada temperatura se tiene un valor diverso de constante de equilibrio an para el mismo sistema reactivo-producto. Las concentraciones pueden alterar el valor de (constante de equilibrio dada por la . Al tratarse de gases

composicin al equilibrio) el cual influye directamente en el valor de

la desviacin con respecto al ideal afecta la constante de equilibrio pues se tendra que hacer uso de los coeficientes de fugacidad. 2.- Explique hacia donde se desplaza el equilibrio para el caso que la reaccin sea endotrmica y exotrmica si hay variacin de temperatura. En el caso de una reaccin endotrmica, puesto que KP0 y RT2 son valores positivos, la variacin de la constante de equilibrio con la temperatura tendr un valor positivo. Si se

produce un aumento de temperatura dT>0, luego dKP0 tambin ser positivo, lo que indica que, a presin constante, un aumento de temperatura produce un aumento de la constante de equilibrio de las reacciones endotrmicas. Al aumentar la constante de equilibrio, como en el numerador se encuentran las presiones parciales de los productos, la fraccin molar de estos habr aumentado respecto a la correspondiente a una menor temperatura, mientras que habrn disminuido las de los reactivos. Por lo tanto en una reaccin endotrmica, un aumento de la temperatura a presin constante favorece la obtencin de los productos. En el caso de una reaccin exotrmica puesto que KP0 y RT2 son positivos, como la variacin de entalpa es negativa, la variacin de la constante con la temperatura ser negativa. Si se produce un aumento de la temperatura dT>0, luego dKP0 ser negativo, lo que indica que, a presin constante, un aumento de temperatura produce una disminucin de la constante de equilibrio de las reacciones exotrmicas. Al disminuir la constante de equilibrio, las fracciones molares de los productos deben disminuir para satisfacer la nueva condicin de equilibrio y consecuentemente las de los reactivos aumentar. Por lo tanto en una reaccin exotrmica, un aumento de la temperatura a presin constante dificulta la obtencin de los productos. 3.- Existe una expresin matemtica que relacione la manera en que afecta la temperatura a la constante de equilibrio. Escriba cual es:

Si, la ecuacin de Vant Hoff representa el valor de la constante de equilibrio a cualquier temperatura ante un valor dado de la constante a una determinada temperatura por medio de la siguiente expresin:

4.- Cmo afecta la temperatura a la constante en sistemas homogneos y heterogneos?

5.- Define el concepto de temperatura La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente o fro. Por lo general, un objeto ms "caliente" que otro puede considerarse que tiene una temperatura mayor, y si es fro, se considera que tiene una temperatura menor. En fsica, se define como una magnitud escalar relacionada con la energa interna de un sistema termodinmico, definida por el principio cero de la termodinmica. El concepto de temperatura est relacionado directamente con la parte de la energa interna conocida como "energa sensible", que es la energa asociada a los movimientos de las partculas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energa sensible de un sistema, se observa que ste se encuentra ms "caliente"; es decir, que su temperatura es mayor. 6.- Mencione el principio de LeChatelier Si un sistema qumico en equilibrio experimenta un cambio en la concentracin, temperatura, volumen o la presin parcial, entonces el equilibrio se desplaza para contrarrestar el cambio impuesto. Este principio es equivalente al principio de la conservacin de la energa.

1.- Concentracin: Si disminuimos la concentracin de un sistema en equilibrio qumico, ste se desplazar hacia el lado de la ecuacin que ha sido afectado, en cambio, si se aumenta la concentracin, el equilibrio se desplazar hacia el lado contrario de la adicin.

2.- Temperatura: Descrito anteriormente en la pregunta 2.

3.- Presin: El aumento de la presin de todo el sistema hace que el equilibrio se desplace hacia el lado de la ecuacin qumica que produce menos cantidad de moles gaseosos. En el proceso contrario, al disminuir la presin el equilibrio se desplaza hacia el lado que produce la mayor cantidad de moles gaseosos. 7.- Cul es el comportamiento grfico de este efecto en la reaccin? Para una reaccin reversible

Para una reaccin irreversible el grfico es:

8.- Cmo es la velocidad de reaccin cuando se est cerca del equilibrio o lejos? Se comporta igual a diferentes temperaturas? La velocidad de reaccin aumenta con la concentracin, como est descrito por la ley de velocidad y explicada por la teora de colisiones. Al incrementarse la concentracin de reactante, la frecuencia de colisin tambin se incrementa, es decir, la velocidad de reaccin disminuye a medida que el equilibrio se acerca. Este principio es aplicable a cualquier temperatura, pues entre ms rpido interacten las partculas del reactante ms rpida ser la formacin de los productos.

CONCLUSIONESComo se puede dar cuenta el valor de la constante de equilibrio tiene una dependencia total con la temperatura, era de esperarse pues la definicin matemtica lo indicaba as al ser funcin tanto de la temperatura como de la energa libre de gibbs quien a su vez tambin es funcin de la temperatura. La constante de equilibrio puede aumentar o disminuir ante un

incremento en la temperatura, esto depende de la reaccin que se est efectuando, si es exotrmica la constante decrecer sin embargo si es endotrmica su valor aumentar.

La reaccin analizada es endotrmica por lo que se espera que la constante de equilibrio aumente a medida que va aumentando la temperatura.

Sera benfico titular y determinar el volumen de titulante gastado para poder determinar el valor de las constantes de equilibrio y as corroborar los datos obtenidos tericamente.

BIBLIOGRAFARichard E. Balzhiser et al, Termodinmica qumica para ingenieros Editorial Prentice Hall, 1 edicin, 1974. Pp 503-517 http://es.wikipedia.org/wiki/Constante_de_equilibrio http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Le_Ch%C3%A2telier http://joule.qfa.uam.es/beta-2.0/temario/tema7/tema7.php http://mit.ocw.universia.net/7.51/f01/pdf/fa01-lec06.pdf