Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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EQUILIBRIO QUÍMICO Y DE FASE
16-3 ■ ALGUNAS OBSERVACIONES RESPECTO A LA
K P DE LAS MEZCLAS DE GASES IDEALES
En la última sección se desarrollaron tres expresiones equivalentes para la constante
de equilibrio K P de las mezclas reactivas de gases ideales: la ecuación
16-13, que expresa K P en términos de presiones parciales; la ecuación 16-14,
que expresa K P en términos del cambio de la función de Gibbs en estado estándar
ΔG*(T), y la ecuación 16-15, que expresa K P en términos del número de
moles de los componentes. Las tres relaciones son equivalentes; sin embargo,
a veces el uso de una es más conveniente que el de las otras. Por ejemplo, la
ecuación 16-15 es más apropiada para determinar la composición de equilibrio
de una mezcla reactiva de gases ideales a una temperatura y presión especificadas.
Con base en estas relaciones, se pueden obtener las conclusiones siguientes
respecto a la constante de equilibrio K P de las mezclas de gases ideales:
1. La K P de una reacción depende únicamente de la temperatura. Es independiente
de la presión de equilibrio de la mezcla, y no resulta afectada por
la presencia de gases inertes. Esto se debe a que K P depende de ΔG*(T), el
cual depende solamente de la temperatura, y el ΔG*(T) de los gases inertes
es cero (véase Ec. 16-14). Por lo tanto, a una temperatura especificada, las
cuatro reacciones siguientes tienen el mismo valor de K P :
H 2
1
2 O 2 Δ H 2 O
H 2
1
2 O 2 Δ H 2 O
H 2
1
2 O 2 3N 2 Δ H 2 O 3N 2
H 2 2O 2 5N 2 Δ H 2 O 1.5O 2 5N 2
a 1 atm
a 5 atm
a 3 atm
a 2 atm
T, K
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
H 2 → 2H
P = 1 atm
K P
5.17 10 –18
2.65 10 –6
0.025
2.545
41.47
267.7
% mol H
0.00
0.16
14.63
76.80
97.70
99.63
FIGURA 16-9
A medida que K P es más grande, la
reacción será más completa.
2. La K P de la reacción inversa es 1/K P . Esto se puede observar fácilmente
en la ecuación 16-13. Para reacciones inversas, los productos y los reactivos
intercambian lugares y, por lo tanto, los factores del numerador se cambian al
denominador y viceversa. Como consecuencia, la constante de equilibrio de
la reacción inversa se convierte en 1/K P . Por ejemplo, de la tabla A-28,
K P 0.1147 10 11 para
K P 8.718 10 11 para
H 2 1 2 O 2 Δ H 2 Oa 1 000 K
H 2 O Δ H 2 1 2 O 2 a 1 000 K
3. A medida que es más grande el valor de K P , la reacción es más completa.
Esto también es aparente a partir de la figura 16-9 y de la ecuación 16-13. Si
la composición de equilibrio consta en gran medida de gases producto, las
presiones parciales de los productos (P C y P D ) son significativamente más
grandes que las presiones parciales de los reactivos (P A y P B ), lo cual resulta
en un valor más grande de K P . En el caso límite de una reacción completa (sin
reactivos de desecho en la mezcla en equilibrio), K P se aproxima a infinito.
Por el contrario, valores muy pequeños de K P indican que una reacción no se
lleva a cabo en grado significativo. Por lo tanto, las reacciones con valores
muy pequeños de K P a una temperatura especificada pueden despreciarse.
En general, una reacción con K P 1 000 (o ln K P 7) se supone que se
lleva a cabo hasta completarse, y una reacción con K P 0.001 (o ln K P 7)
se supone que no se presenta. Por ejemplo, ln K P 6.8 para la reacción
N 2 Δ 2N a 5 000 K. Por lo tanto, la disociación de N 2 en nitrógeno monoatómico
(N) puede ignorarse a temperaturas inferiores a 5 000 K.
4. La presión de la mezcla afecta la composición de equilibrio (aunque no
afecta a la constante de equilibrio K P ). Lo anterior puede observarse en la