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Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas

Laboratorio de Termodinámica del Equilibrio Químico

Practica No. 8 Equilibrio químico heterogéneo sólido gas “Análisis de la constante de reacción a través de diferentes condiciones experimentales” Profesor:  Dr. Jorge Alberto Galaviz P. Integrantes:     

Castañeda Salas Montserrat W. Chávez Morales Erick Fuentes Olivier Yhair Antonio Moreno Hernández Jorge Alberto Piñon Espinoza Carlos Daniel

2013320984 2013320070 2014321066 2014320594 2013320608

Grupo: 2IV42 Equipo:1

04/Diciembr e / 2015

OBJETIVO. Determinar la constante de equilibrio para una reacción heterogénea a partir de la actividad química de cada uno de los componentes de la reacción. INTRODUCCIÓN. De forma general y en contraste con el equilibrio homogéneo, el equilibrio químico heterogéneo es aquel en el cual los reactivos y productos se presentan en más de una fase. Se llaman equilibrios químico heterogéneos a los estados de equilibrio de las reacciones, cuyos participantes se encuentran en varias fases. Pueden servir de ejemplos de equilibrios heterogéneos las siguientes reacciones:

(Dos fases sólidas y una gaseosa)

(Una fase sólida y una fase gaseosa)

(Una fase líquida y una gaseosa) La condición de equilibrio químico conserva su valor para cada una de las reacciones anteriores. Partiendo del equilibrio heterogéneo, hallaremos la expresión de la let de acción de masas para estos equilibrios. Supongamos que los componentes Ai de la mezcla gaseosa, cuyas presiones parciales son Pi y los componentes Bk de las soluciones (una o varias líquidas o sólidas) cuyas partes molares son Xk y las actividades ak intervienen en la reacción. v 1 A 1+ v 2 A 2+…+ p 1 B 1+ p 2 B 2+ …=v 1 A 1 + v 2 A 2 +…+ p 1 B 1 + p 2 B2 + … Recordar que el coeficiente de actividad es un número que expresa el factor de actividad química de una sustancia en su concentración molar. Se designa normalmente con la letra griega (gamma).

Con la definción de la función actividad ya estamos en condiciones de obtener una relación matemática entre ∆G de una reacción ya la constante de equilibrio y por lo tanto eliminar las restricciones sobre otras relaciones. Supongamos una reacción química como la siguiente:

A(aA)+ bB(aB)= cC(aC)+ dD(aD)

a

Según la fórmula será: ∆G= µAdnA+ µBdnB+ µCdnC+ µDdnD Aplicando el procedimiento de equilibrio de una reacción química tenemos: ∆G= CµC+dnD-aµA-bdnB Sustituyendo los potenciales químicos resulta. ∆G= C(µµC+RT lnac) + d(µµD+RTlnAd) – A(µµA+RTlnaA) – b(µµB+RTlnAb) Que se puede escribir como a c c a Dd a A a +a Bb ) ¿

∆G= (CµµC+ dµµD-AµµA-bµµB)+RT ln

La expresión entre paréntesis es igual a la energía libre de gibbs de formación, así que la podemos expresar de la forma siguiente. c

O

∆ G=∆ G +¿

RT ln

d

ac a D a A a +a Bb ) ¿

Esta ecuación expresa una relación general que permite calcular la función de ∆ GO y las actividades

∆ G en

Suponiendo que se establece el equilibrio a presión y temperaturas constantes, será =0, entonces

∆G =−¿ RT

a c c a Dd a A a +a Bb ) ¿

De la ecuación de estado de referencia de los componentes de las disoluciones se desprende que ∆ GO es función de la temperatura y de la presión, pero permanece constante si se fijan la presión y temperatura, podemos decir que: ∆G =−¿ RT

ln Ka

Donde Ka es la constante de equilibrio expresada mediante las actividades. Entonces:

c

d

ac a D Ka= a A a +a Bb ) ¿ Las presiones parciales o coeficientes de actividad de sólidos y líquidos no aparecen en la constante de equilibrio referida. Además, cunado en una reacción además de gases intervienen sustancias sólidas o líquidas, la concentración de las últimas es un valor constante que se incluye en la constante de equilibrio. 

Para nuestro caso de estudio, el Alka-Seltzer contiene NaHCO 3 y ácido cítrico y cuando se coloca una tableta de éste con agua, reaccionan para formar CO2. Siguiendo el fundamento teórico, tenemos que la constante de equilibrio será determinada únicamente po el CO 2 producido, debido a que el coeficiente de actividad del sólido, que es el Alka-Seltzer es 1 y el coeficiente de actividad para el H2O es 1.



Para nuestro caso, la reacción de efervescencia del Alka-Seltzer corresponde de la siguiente manera.

Esto es, la presión ejercida por el CO2 será igual a la constante de equilibrio. Ka=PCO2

HIPÓTESIS. 

En esta práctica se desarrollaran varias hipótesis, debido a que será comparado el experimento No. 1 (pastilla Alka-Seltzer completa) con los demás (con ayuda de la experimentación) ¿Qué es lo que sucederá?

 Experimento No. 2- Efecto de área de reacción. El valor de la constante K disminuirá al moler la pastilla de Alka-Seltzer. Experimento No. 3- Efecto de temperatura. Agua caliente.- El valor de la constante K aumentará. Agua fría.- El valor de la constante K disminuirá. Experimento No. 4- Efecto de tipo de solvente. Al ser agregado el acido acético el valor de la constante K disminuirá. Experimento No. 5- Efecto de concentración del solvente. Con mayor concentración de acido acético, la constante K disminuirá. Con menor concentración de acido acético, la constante K aumentará. Y en nuestro caso una concentración (1:1) de agua y acido acético la constante k aumentará. Experimento No. 6- Efecto de cantidad de soluto. Media pastilla molida y media sin moler.- El valor de la constante K disminuirá.

Generalidades del Alka-Seltzer Alka-Seltzer®

Descripción Tabletas Antiácido, anti dispéptico, analgésico Componentes Ácido Acetilsalicílico 0,324g , Bicarbonato de sodio 1,976g, Ácido Cítrico 1,000g Usos Antiácido, coadyuvante en el tratamiento de los trastornos dispépticos agudos, analgésico. Empleo y dosis Adultos 1 o 2 tabletas en agua. No deben tomarse más de 8 tabletas en 24 horas. Niños: la mitad de la dosis de los adultos. Contraindicaciones Úlcera péptica. Niños menores de 12 años con varicela o gripe no deben usar esta medicina sin antes haber consultado con el médico. Beneficios Antiácido, coadyuvante en el tratamiento de los transtornos dispéticos agudos, analgésico. Presentaciones Caja 12 tabs efervescentes Caja x 60 tabs efervescentes. Registro Sanitario .No. DGS 18.173 2-12-04

Desarrollo Experimental Se determinará el equilibrio de una reacción heterogénea; se requiere instalar un sistema como se muestra en la siguiente figura, después se procede, segun la siguiente secuencia.

Procedimiento Experimental. 1.-Colocar dentro del sistema mostrado, media tableta de Alka-Seltzer sellar y checar que en el sistema de vacío no represente fugas. Posteriormente inyectar 10ml de agua destilada y esperar a que el Alka-Seltzer reaccione y anotar la diferencia de alturas registrada en

2.- Realizar el mismo experimento del punto 1 pero ahora con la tableta de Alka-Seltzer molida (efecto de área de contacto)

3.- Realizar el mismo experimento pero con ácido acético; efecto del tipo de disolvente

4.- Realizar el mismo experimento pero ahora con agua caliente y otro con agua fría (efecto de la temperatura del solvente

5.- Realizar el mismo experimento pero con diferentes concentraciones de ácido acético (efecto de la concentración del solvente)

6.- Realizar lo mismo que en el punto 1 pero con un cuarto de la tableta, molida y sin moler (efecto de la cantidad de soluto)

7.- Si es posible realizar diferentes experimentos para poder verificar el efecto que tiene la constante con alguna variable del experimento.

8.- La diferencia de las alturas del manómetro será la presión ejercida por el dióxido de carbono, y éste será igual al valor de la constante de equilibrio

9.- Con los datos arrojados, llenar la tabla con el formato siguiente. Sistema

Ka

10.- Con los datos obtenidos, calcular la energía libre de Gibbs para cada sistema.

11.- Graficar los sistemas en función de Ka