I. OBJETIVOS
• Estudiar algunas reacciones en las que se observa reversibilidad apreciable y con las probabilidades de controlar la extensión de la misma.
• Determinación cuantitativa de las especies presentes en un sistema en equilibrio
• Búsqueda de una expresión matemática que relacione las cantidades de las especies presentes en el equilibrio.

II. FUNDAMENTO TEORICO

Del estudio de la Química se conocen que las reacciones reversibles conducen al establecimiento del equilibrio químico y durante el cual, en el medio líquido o gaseoso, están presentes todas las sustancias: tanto las iniciales como las que se forman durante el proceso de la reacción.
El equilibrio químico se produce siempre que dos cambios exactamente opuestos ocurren a la misma velocidad dentro de un sistema cerrado. Por ejemplo, suponga que se desarrollan la reacción siguiente:

A + B C + D

Donde; A, B, C y D representan distintas sustancias que se encuentran en la mezcla de reacción .Para la reacción directa se puede escribir
V1 = K1 [A] [B]
Donde V1 es la velocidad de la reacción directa y K1 es el factor de proporcionalidad denominando “constante de velocidad de reacción”
Suponiendo que los valores de [A] y [B]son iguales al mol/L, entonces:
V1 = K1
Del mismo modo, la velocidad de la reacción inversa (V2) se puede escribir como:
V2 = K2 [C] [D]
A medida que se desarrolla la reacción, la concentración de las sustanciasde la reacción directa debe disminuir con el tiempo y la velocidad de la reacción inversa debe aumentar a partir de cero.
Al final ambas velocidades se igualan y durante el equilibrio:
V1 = V2
Sustituyendo en esta ecuación los valores se tiene que:
K1 [A] [B]= K2 [C] [D]

Reordenando términos en la igualdad anterior se tiene:
K1 / K2 = [C] [D] / [A] [B]
Y como la reacción entre dos constantes es otra constante por tanto, la expresión anterior queda como:
Kc = [C] [D] / [A] [B]
Cuando existen coeficientes estequiométricos en la ecuación química, las concentraciones de los reactantes y productos deben ser elevadas a una potencia igual a dichos coeficientes.
aA + bB cC + dD

Kequi = [C]c[ D]d / [ A]a[ B]b

PRINCIPIO DE LE CHATELIER

El Principio de la Chatelier o alteración de la condición de equilibrio, puede ser enunciado como sigue: “Cuando un sistema en equilibrio está sujeto a una acción externa, el equilibrio se desplazará en la dirección que tiende a disminuir dicha acción”.
El Principio de le Chatelier, es aplicable a un sistema en equilibrio químico y establece que un sistema cerrado en desequilibrio momentáneo, responde para poder contrarrestar una perturbación, tal como un cambio de concentración, presión, temperatura, etc.
La determinación de las concentraciones de las sustancias coloreadas se puede efectuar colorimétricamente.
Si se observa atentamente, un recipiente de vidrio conteniendo un líquido coloreado, como unainfusión de té, se comprobará que la intensidad del color, mirando a través de las paredes laterales es menor que la intensidad de color que se aprecia mirando desde la superficie hacia el fondo. Esto es así porque la intensidad del color depende de la concentración de la sustancia coloreada y del espesor de la disolución.
Así, 1cm. de espesor de una solución coloreada 1M, aparecerá con la misma intensidad de color que un espesor de 2cm. de una solución 0.5M de la misma sustancia.
La concentración de dos disoluciones puede compararse, variando sus espesores relativos, hasta que la intensidad de color sea la misma. La relación de la concentración es inversa a la relación de los espesores.

Relación =

Obsérvese que este método suministra solamente valores relativos para las concentraciones. Para conseguir valores absolutos, debe emplearse una solución estándar de concentración conocida.
Para cada sistema existe una expresión matemáticamente que relaciona la concentración de los iones en el equilibrio un valor constante que expresa la tendencia de los reaccionantes a convertir en productos y viceversa, al cual se denomina constante de equilibrio.
Un sistema en equilibrio que se estudiará será la reacción:
Fe+3(aq) + SCN(aq) FeSCN+2(aq)
Las concentraciones en el equilibrio estarán expresadas por:
[FeSCN+2]e = (Relación de alturas)(concentración del estándar)
[Fe+3]e = [Fe+3]0 - [FeSCN+2]e
[SCN]e = [SCN]0 -[FeSCN+2]e
Con las concentraciones en el equilibrio se hallará la expresión matemática que los relacione dando el valor de la constante de equilibrio del sistema.
Kc =

III. DIAGRAMAS DE PROCESOS

EXPERIMENTO N° 1

EXPERIMENTO N°2:

EXPERIMENTO N° 3:

IV.DATOS
Experimento No 1
TUBOS 1 2 3 4 5
Altura de Estándar Operado (mm) 65 57 48 24 10
Altura de Solución (mm) 65 65 65 65 65
Relacion de Alturas: 0.87 , 0.73 , 0.36 y 0.15
Experimento N° 2
a.- Cromato de Potasio (K2CrO4) es de color AMARILLO.
Dicromato de Potasio (K2Cr2O7) es de color NARANJA.
b.- K2CrO4 + NaOH no cambia de color (amarillo)
K2Cr2O7 + NaOH Amarillo
c.- K2CrO4+ HCl cambia de color (anaranjado)
K2Cr2O7 + HCl Naranja.
d y e .- Regresan a su coloración inicial en ambos casos.
f.- Los cambios de color son idénticos pero más lentos.
Experimento N°3
a K2CrO4 + Ba(NO3)2 Opacamiento de sustancia inicial.
b.- K2Cr2O7 + Ba(NO3)2 Ningún cambio físico notable solo un
aclaración en la dilución.
c.- K2CrO4 Ž+ Ba(NO3)2 + HCl
Se recupera su coloración inicial.
La parte blanquecina del opacado sedimenta quedando un polvo blanco
en el fondo.
d.- K2Cr2O7 + Ba(NO3)2 + NaOH
Se forma un cúmulo en el seno de la sustancia.
El color es amarillo con presencia de soluto blanquecino.
Luego deunos segundos dicho soluto va sedimentando.

e.- Se pueden invertir los cambios y reacciones observados en las partes c
y d aplicando lo observado en el Experimento 2, es decir añadiendo acido al ion cromato y base al ion dicromato, entonces se tiene:
Para la parte c: Se le aumenta NaOH  cambia a amarillo.
Para la parte d: Se le aumenta HCl  cambia a naranja.
f.- En el tubo que contenía K2Cr2O7 al inicio se demuestra experimentalmente que no se puede regresar.
En el tubo que contiene K2CrO4. Si se regresa al estado inicial.

V.CALCULOS Y RESULTADOS
Experimento N° 1
Cálculos para hallar las concentraciones de iones
Para hallar la concentración de tiocianato de hierro (III):

Fe+3 + SCN-1 FeSCN2+
5 ml 10ml
0.001M [?]

# eq SCN-1 = # eq FeSNC2+
N1V1 = N2V2
(M.) V1 = (M.) V2
(0.001)(5) = (M.2) (10)
 M=2,5.10-4

Concentración inicial de ion Fe+3 en el tubo

Concentración del Tiocianato de Hierro (III) en el equilibrio
[FeSCN2+] (Relación de Alturas) = [FeSCN2+]equil

Para el tubo 2: (2,5.10-4) (0.87) = 2.175.10-4
Para el tubo 3: (2,5.10-4) (0.73) = 1.825.10-4
Para el tubo 4: (2,5.10-4) (0.36) = 0.9.10-4
Para el tubo 5: (2,5.10-4) (0.15) = 0.375.10-4
Experimento N°2
CrO4=(aq) Cr2O7=(aq)

a.- Cromato de Potasio (K2CrO4) es decolor AMARILLO.
Dicromato de Potasio (K2Cr2O7) es de color NARANJA.
b.- K2CrO4 + NaOH no cambia de color (amarillo)
K2Cr2O7 + NaOH Amarillo
c.- K2CrO4+ HCl cambia de color (anaranjado)
K2Cr2O7 + HCl Naranja.
d y e .- Regresan a su coloración inicial en ambos casos.
f.- Los cambios de color son idénticos pero más lentos.

Experimento N°3
a K2CrO4 + Ba(NO3)2 Opacamiento de sustancia inicial.
b.- K2Cr2O7 + Ba(NO3)2 Ningún cambio físico notable solo un aclaración en la dilución.
c.- K2CrO4 Ž+ Ba(NO3)2 + HCl Se recupera su coloración inicial.
La parte blanquecina del opacado sedimenta quedando un polvo blanco en el fondo.
d.- K2Cr2O7 + Ba(NO3)2 + NaOH Se forma un cúmulo en el seno de la sustancia.
El color es amarillo con presencia de soluto blanquecino.
Luego de unos segundos dicho soluto va sedimentando.
e.- Se pueden invertir los cambios y reacciones observados en las partes c
y d aplicando lo observado en el Experimento 2, es decir añadiendo acido al ion cromato y base al ion dicromato, entonces se tiene:
Para la parte c: Se le aumenta NaOH  cambia a amarillo.
Para la parte d: Se le aumenta HCl  cambia a naranja.
f.- En el tubo que contenía K2Cr2O7 al inicio se demuestra experimentalmente que no se puede regresar.
En el tubo que contiene K2CrO4. Si se regresa al estado inicial.

VI. OBSERVACIONES
• Para el calculo de la altura se pueden notarmuchos errores pues no es totalmente acierta los resultados que obtengamos, esta debido que depende de nuestra visión y distinción de intensidades.
• No se encontraban disponibles todos los reactivos, había desorden pues eran bastantes las reacciones a seguir.

VII. CUESTIONARIO

1. sCuál será la concentración inicial de Fe+3(aq) en el tubo N°2?

V (Fe3+ 5ml [Fe3+]o =0,08M
N# moles de Fe3+ = 5(0,08) = 0,4mol
[Fe3+]e = = 0.04 M

2. sCuál será la concentración en el equilibrio del ion FeSCN+2 (aq) en el tubo N°3?

[FeSCN2+] (Relación de Alturas) = [FeSCN2+]equil
(2,5.10-4) (0.73) = 1.825.10-4
La concentración es 1.825x10-4M

3. sCuál será la concentración en el equilibrio del ion SCN aq) en el tubo N°4?

V (SCN- 5ml [SCN-]o=0,0128M
N# moles de SCN- = 5(0,0128) = 0,064mmol
[SCN-]e=0.064M/10 = 0.0064M
La concentración del ion SCN (aq) es 0.0064M.

4. Calcular el valor de la constante de equilibrio, Kc del sistema estudiado

Fe+3 + SCN-1 FeSCN2+
[FeSCN2+]eq=2,5.10-4
[ Fe+3]eq= [Fe+3]o - [FeSCN2+]eq
[SCN-1]eq= [SCN-1]o - [FeSCN2+]eq
[Fe+3]e = 0,04M
[SCN-1]e = 0.0005M
Entonces: Kc=12,5

5. Añadiendo iones H y moléculas de agua al miembro adecuado de la ecuación, balancear la ecuación.

2CrO4=(aq)Cr2O7=(aq)

2CrO4 (aq) Cr207(aq)
2CrO4 (aq)+ 2 H+ Cr207(aq) + H2O(l)

6. Añadiendo iones OH y moléculas de agua al miembro adecuado de la reacción, balancear la ecuación.

2CrO4 aq) Cr2O7=(aq)

2CrO4 (aq) Cr207(aq)
2CrO4 (aq)+ H2O(l) Cr207(aq) + 2OH-

7. sQué conclusiones pueden deducirse de las preguntas 5 y 6 con respecto a su dependencia de los iones H y OH?

Se concluye que el balance es independiente del medio ácido o básico

8. La constante de equilibrio, Kc para la reacción en fase gaseosa es 0.50 HCHO(g) H2(g) + CO(g)
A determinar temperatura. Se introduce una mezcla de HCHO, H2 y CO a un matraz a esta temperatura. Transcurrido cierto tiempo, el análisis de una pequeña muestra del matraz indica las siguientes concentraciones HCHO = 0.50M H2 = 1.50m y CO = 0.25. Indique si cada una de las siguientes afirmaciones es verdadera (V) o falsa(F).
a. La mezcla del matraz está en equilibrio
b. La mezcla del matraz no está en equilibrio y ya no se producirá reacción alguna.
c. La mezcla del matraz está en equilibrio, pero el HCHO seguirá descomponiéndose.
d. La velocidad de reacción hacia la derecha es igual a la velocidad hacia la izquierda.

a.- La mezcla no esta en equilibrio porque Kc ≠ K’c.
b.- Si seproducirá la reacción porque todavía no esta en equilibrio.
c.- El HCHO no se va a descomponer, al contrario, producirá más HCHO debido que la concentración 0.75 es mayor que 0.5. La concentración de HCOH debe aumentar y para ello se debe consumir una cantidad determinada de H2 y CO; entonces la reacción se desplaza a la izquierda.
d.- Las velocidades NO son iguales porque no están en equilibrio.

9. Si se introducen 1.35 moles de hidrógeno y 0.493 moles de yodo en un vaso de reacción de un litro de capacidad y se calienta a 454°C, sCuándo será el valor de la constante de equilibrio a ésa temperatura, sabiendo que la concentración de vapor del yoduro de hidrógeno HL, en equilibrio es de 9.45 x 10-2 moles/L ?

H2(g) + I2(g) 2HI(g)
Inicio: 1.35 0.493 -----
Equilibrio: 1.35-X 0.493-X 2X
Se sabe que : 2X=9.45.10-3
Kc= (2X)2/(1.35-X)(0.943-X)
Kc=0.0156

10. Para la siguiente reacción en equilibrio 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) el valor de la constante de equilibrio kc es 6.43x105 a 200°C. Si la concentración en el equilibrio del NO(g) es 3.04x10-4 moles/L y la concentración de 02(g) es 0.606 moles/L. Cuál será la concentración del NO2(g).

Kc = 6.43 .10-5
Kc NO2]/[O2][NO]2
 [NO2] = 0.189mol/litro.

11. A 375, el valor de Kp de la reacción: SO2CL2(g) CL2(g) + SO2(g) es 2.4 cuando las presiones se expresan en atm. Supóngase que se colocan 6.7g de SO2CL2(g) en un balón de 1L y se aumenta la temperatura a 375 K. sCuál será la presión del SO2CL2(g) si nada de él se disociara? En el equilibrio cuáles son las presiones del SO2CL2(g), CL2(g) y SO2(g).
Datos : Kp=2.4 a T=375K
El balon contiene V=1l
SO2Cl2 = 6.7g ;si no se disocia se cumple PSO= P1
De P1 V = RTn  P1=1.5atm

SO2Cl2(g) Cl2(g) + SO2(g)
1.5-X X X
Kp = [X] [X]/ [1.5-X] = 2.4
X= 1.045
 PSO2Cl2 = 1.045

12. Halle las presiones del SO2CL2(g), CL2(g) y SO2(g) en un balón de 1L. a 375K, al cual se ha agregado 6.7 g de SO2CL2 6.7 de SO2Cl2 y 1 atm. de Cl2. Emplee los datos del problema anterior. Compare sus resultados con el problema anterior, y diga si ellas son compatibles con el principio de Le Chatelier.

SO2Cl2(g) Cl2(g) + SO2(g)
1.5-X 1+X X
Kp = [X] [1+X] /[1.5-X] =2.4
X=0.84atm
PCl2 = 1.84atm
PSO2Cl2 = 0.65atm

Se cumple el principio de Le Chatelier pues el equilibrio se desplaza para anular el efecto externo.

VII.CONCLUSIONES
• Las constantes de equilibrio que obtuvimos no tienen relación alguna entre ellas.
• La molaridad varía en forma inversa con el volumen de la solución; mientras mas cantidad tomemos al Fe(NO3)3, su molaridad disminuirá en forma considerable.
• En nuestros cálculos observamos que la constante de equilibrio de cada creación es diferente y va en aumento, debido a que hacemos variar la concentración de Fe(NO3)3.
• En esta reacción en especial notamos que la constante de equilibrio varía en forma inversa con las concentraciones de los reactantes.
• El cromato solo reacciona con ácidos (ion H+) convirtiéndose en dicromato
• El dicromato solo reacciona con bases (ion OH-) convirtiéndose en cromato.
• Se observa la reversibilidad del cambio de ion cromato a ion dicromato.
• Pero el precipitado se observa tanto en el tubo que contiene Cromato de Potasio como en el tubo que contiene Dicromato de Potasio; y dado que el cromato de bario se forma a partir del ion bario y el ion cromato ; se concluye que el ion cromato esta presente en la solucion de Dicromato de potasio. Entonces se observa que existe equilibrio químico entre el ion cromato y el ion dicromato. También existe equilibrio entre el Cromato de Bario y una solución saturada de sus iones.

VIII. BIBLIOGRAFIA

• Barrow, G.M. (1988). Química Física. 4S Ed. Ed. Reverté.
• Levine, I.N. (1996). Fisicoquímica. 4S Ed. Ed. Mc Graw Hill.
• Castellan, G.W. (1987) Fisicoquímica. 2S Ed. Ed. Addison-Wesley.