FUNDAMENTO DE
LA PRÁCTICA
La mayoría de
las reacciones químicas son reacciones reversibles. Tan pronto se forman
algunas moléculas de producto, estas moléculas reaccionan y forman moléculas de
reactivo. El equilibrio químico se alcanza cuando las velocidades de las
reacciones directa e inversa se igualan y las concentraciones netas de
reactivos y productos permanecen constantes.
El equilibrio dinámico que se establece en esta
práctica está dado por:
Fe3+(ac)
+ 6SCN-(ac) « [Fe(SCN)6]3-(ac)
amarillo
claro transparente
rojo
La
intensidad del color rojo nos indica, de manera cualitativa, la cantidad del
ión [Fe(SCN)6]3ˉ
en la mezcla en equilibrio.
En esta práctica, realizaremos diversos
cambios de concentración de reactivos y productos (adición y sustracción de
materia) en la reacción arriba indicada. Observando
los cambios de color comprobaremos la reversibilidad de la misma, y
analizaremos en qué sentido avanzará la reacción cuando se altera la situación de
equilibrio como consecuencia de los cambios introducidos.
El equilibrio
químico es importante para explicar un gran número de fenómenos naturales, y
desempeña un papel importante en muchos procesos industriales.
Para una reacción reversible de la
forma,
aA + bB « cC + dD
Donde
a, b, c y d son coeficientes estequiométricos de
las especies reactivas A, B, C y D. Una relación determinada de concentraciones
de reactivos y productos tiene un valor constante Kc llamado
constante de equilibrio. La expresión de la constante de equilibrio, a
una temperatura dada, es:
Es importante resaltar que aunque
las concentraciones de reactivos y productos pueden variar, el valor de Kc para una reacción dada permanece constante, siempre y
cuando la reacción esté en equilibrio y la temperatura no cambie.
Para las reacciones que no han alcanzado el equilibrio
se utiliza el cociente de reacción Qc que se calcula igual que Kc pero
con concentraciones que no son de equilibrio. Para determinar el sentido de la
reacción basta comparar el valor de ambas magnitudes Qc y Kc.
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-
Si Qc
< Kc, para alcanzar el equilibrio, los reactivos deben transformarse
en productos y la reacción neta procede hacia la derecha.
-
Si Qc
> Kc, para alcanzar el equilibrio, los productos deben transformarse
en reactivos y la reacción neta procede hacia la izquierda.
-
Si Qc =
Kc, las concentraciones iniciales son concentraciones de equilibrio; el
sistema está en equilibrio.
El equilibrio
químico representa un balance entre las reacciones directa e inversa. Hay
diversos factores experimentales que pueden alterar este balance y desplazar la
posición del equilibrio hacia los productos o hacia los reactivos. Existe una regla general que ayuda a predecir, de
manera cualitativa, en qué sentido se desplazará una reacción química cuando se
altera su equilibrio. Esta regla, conocida como principio de Le Châtelier establece
que si un sistema en equilibrio
se perturba por un cambio de temperatura, presión o concentración de uno de los
componentes, el sistema desplaza su posición de equilibrio de modo que se
contrarreste el efecto de la perturbación, hasta alcanzar un nuevo estado de
equilibrio.
MÉTODO EXPERIMENTAL
Preparamos una mezcla general
a la que vamos a añadir diferentes disoluciones para observar el desplazamiento
del equilibrio.
Esta mezcla se prepara
añadiendo 1 mL de una disolución de FeCl3 0,1 M, 1 mL de una
disolución de KSCN 0,1 M y 50 mL de agua con objeto de disminuir la intensidad
del color y poder observar más fácilmente los cambios del mismo.
La mezcla la dividimos en cuatro tubos de ensayo con aproximadamente
10 mL cada uno.
En el primero añadimos 1 mL de una disolución de FeCl3 0,1 M.
Al segundo le añadimos 1 mL de una disolución de KSCN 0,1 M.
Al tercer tubo se le añade NaOH 2 M hasta observar la aparición de un sólido
marrón-rojizo que queda disperso en la disolución.
El cuarto tubo sirve como referencia para detectar las variaciones con
respecto al estado inicial.
CUESTIONES RELACIONADAS CON LA PRÁCTICA
1.- Escriba la
ecuación del equilibrio químico estudiado, así como las expresiones del cociente
de reacción y de la constante de equilibrio. Explique
cuál es la diferencia entre ambas magnitudes.
Fe+3
(ac) + 6SCN- (ac) à
[Fe(SCN)6]-3 (ac)
|
|
[Fe(SCN)6]-3
Qc = __________________
[
Fe+3][ SCN-]6
|
[Fe(SCN)6]-3
Kc
= ___________________
[
Fe+3][ SCN-]6
|
Las concentraciones para
calcular Qc no son de equilibrio, son las reales (iniciales) y las de Kc están
en equilibrio y la temperatura no cambia.
2.- Enuncie el
Principio de Le Châtelier.
Si un sistema químico que en
principio esté en equilibrio experimenta un cambio en la concentración, en la
temperatura, en la presión o en el volumen, el equilibrio variará para
contrarrestar ese cambio.
3.-
¿Qué
datos experimentales demuestran que el equilibrio se desplaza al adicionar:
(a) FeCl3(ac) al tubo 1
Al adicionar FeCl3(ac)
la disolución toma un color rojizo. Al variar la concentración de los reactivos
se rompe el equilibrio, por lo tanto hay reacción. El equilibrio se desplaza
hacia la formación de productos, es decir hacia la derecha.
(b)
KSCN(ac) al tubo 2
Al adicionar KSCN(ac) la disolución toma un color rojo
pálido. Al variar la concentración de los reactivos se rompe el equilibrio, por
lo tanto hay reacción. El equilibrio se desplaza hacia la formación de
productos, es decir hacia la derecha.
(c) NaOH(ac) 2 M al tubo 3
Al adicionar NaOH(ac) la disolución toma un color amarillo y
aparece un sólido, el Fe(OH)3. Al precipitar el hierro disminuye su
concentración en la disolución. Al
variar la concentración de los reactivos se rompe el equilibrio, por lo tanto
hay reacción. Qc>Kc y entonces el equilibrio se desplaza hacia la formación
de reactivos, es decir hacia la izquierda.
4.-
Utilice
el principio
de Le Châtelier para explicar en qué sentido se desplaza el equilibrio
como consecuencia de la adición FeCl3(ac).
Al añadir el FeCl3 en estado
acuoso el equilibrio se desplazará hacia la derecha produciendo un cambio en la
disolución del complejo ya que añadimos Fe^3+ reactivos, por el principio de Le
Châtelier el equilibrio se desplazará hacia la formación de productos,
provocando el enrojecimiento de la mezcla.
5.-
Explique,
teniendo en cuenta el cociente de reacción, los cambios
cualitativos que se producen en la composición de la mezcla en equilibrio al añadir
KSCN(ac):
Qc<Kc
Qc disminuye ya que aumenta
la concentración de SCN y también disminuye la de [Fe(SCN)6]-3
Para alcanzar el equilibrio,
los reactivos deben transformarse en productos y la reacción neta procede hacia
la derecha.
6.- Escriba la
reacción que tiene lugar al añadir la disolución de NaOH(ac) 2 M a la mezcla en equilibrio y
explique, según el principio de Le Châtelier, el sentido de avance de la reacción.
NaOH à Na+
+ OH-
La inicial es: Fe+3 +
6SCN ßà [Fe(SCN)6]-3
Fe+3 reacciona
con OH- de la forma: Fe+3 (ac) + 3OH- (ac)ß à Fe(OH)3(s)
El equilibrio, al añadir NaOH(ac), se
desplaza hacia la izquierda, provocando un cambio de color a amarillo. Pero
como agitamos la mezcla, partículas sólidas (de FeOH3) aparecen y permanecen
flotando o en el fondo del tubo de ensayo.
Qc>Kc
Para alcanzar el equilibrio,
los productos deben transformarse en reactivos y la reacción neta procede hacia
la izquierda.
