EQUILIBRIO IONICO

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quimica

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Quimicofsica

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE INGENIERIA QUMICAESCUELA DE INGENIERA AMBIENTAL

CURSO:QUIMICOFISICADOCENTE:ING. Ernesto Wong.

ALUMNO:AMADOR RISCO, ELDER IVANCICLO:III

TRUJILLO - PER2012

EQUILIBRIO IONICO

DEFINICIN

Se define como el equilibrio que envuelve iones en solucin (en este caso en solucin acuosa).Es una reaccin que nunca llega a completarse, pues se produce simultneamente en ambos sentidos (los reactivos forman productos, y a su vez, stos forman de nuevo reactivos). Es decir, se trata de un equilibrio dinmico.

Cuando las concentraciones de cada una de las sustancias que intervienen (reactivos o productos) se estabiliza, es decir, se gastan a la misma velocidad que se forman, se llega al equilibrio qumico.Equilibrio Qumico

Conceptos previos:

Electrolito: es una sustancia que en estado fundido o en solucin acuosa tiene la propiedad de conducir la corriente elctrica. Tal es el caso de los cidos, bases y sales.La mayora de los electrolitos pueden ser clasificados como Electrolitos Fuertes o Dbiles, los primeros totalmente disociados en iones y los segundos slo en una pequea extensin.

Esta distincin no sirve en soluciones muy diluidas, porque mientras la concentracin de un soluto disminuye su porcentaje de disociacin aumenta.En soluciones muy diluidas, an los electrolitos dbiles se comportan como electrolitos fuertes. Las sustancias que en estado fundido o en solucin acuosa no conducen la corriente elctrica se llaman No- Electrolitos. Tales son los compuestos orgnicos principalmente, los cuales no se disocian en iones. En trminos de ecuaciones qumicas se podra resumir lo dicho de la siguiente manera:

AB(s) + H2O (I) A+ (ac) + B- (ac)E. FuerteXY(s) + H2O (I) X+ (ac) + Y-(ac)E. DbilHC(s) + H2O (I) HC (ac)No-Electrolito

Los Electrolitos Fuertes se clasifican principalmente en cidos, Bases y Sales. Entre los cidos Fuertes se tiene el HClO4, H2SO4, HNO3, HCl, HBr, HI. Entre las Bases Fuertes se tiene al LiOH, NaOH, KOH, Ca (OH)2. Tambin Na2O, CaO, KNH2. Las sales prcticamente todas son Electrolitos Fuertes a excepcin de algunas como el HgCl2 y el CdBr2.

Los Electrolitos Dbiles se clasifican en cidos, Bases, Complejos y otros. Los cidos Dbiles son la mayora de los cidos, especialmente los cidos orgnicos. Entre las Bases Dbiles est el NH3 y las bases orgnicas nitrogenadas especialmente (N2H4, CH3-NH2, C6H5-NH2, etc.).

Los Complejos son un grupo muy grande de compuestos asociados con los elementos de transicin. En otros est un compuesto muy importante como es el H2O y que se comporta como cido o base dbil (anfolito).

Ejemplo: En una solucin de K2SO4 0,015M Cul es la concentracin de K+ y SO42-?Como es una sal, hay 100% disociacin.

K2SO4 2 K+ + SO42-0,015 M 2(0,015) M 0,015 M

Por lo tanto [K+] = 0,030M y [SO42-] = 0,015M

DETERMINACION DE LOS COEFICIENTES DE ACTIVIDAD

Un sistema en el que tenga lugar un proceso espontneo, tiende a un estado de equilibrio en el cual las variables del sistema permanecen constantes. Durante este proceso la energa libre disminuye hasta alcanzar un valor mnimo en el equilibrio. En un sistema en el que tenga lugar una reaccin qumica, el equilibrio se puede cuantificar mediante la constante de equilibrio, que est relacionada con la variacin de energa libre estndar para la reaccin. La constante termodinmica es funcin de las actividades de las sustancias que intervienen en la reaccin. La actividad de una sustancia en una disolucin es una medida de la tendencia de la sustancia a escapar de la disolucin a otras disoluciones con menor actividad.

La actividad, a, est relacionada con la concentracin, C, mediante el coeficiente de actividad, , siendo a = .C

El coeficiente de actividad es una medida del grado de divergencia del comportamiento de la sustancia con respecto al ideal. Para el disolvente la actividad se relaciona con su presin de vapor, aD = PD / PDo, donde PDo es la presin de vapor del disolvente puro.La relacin entre la constante de equilibrio termodinmica, Ko, y la de concentraciones, Kc, puede ponerse como: Ko = Kc KDonde K es el producto de los coeficientes de actividad elevados a los coeficientes estequiomtricos. Los coeficientes de actividad varan de la unidad debido principalmente a las diferentes fuerzas intermoleculares que experimentan en la disolucin con respecto al estado de referencia, por lo tanto cuando en la reaccin intervienen especies cargadas, la discrepancia ser mayor.

SOLUCIONES AMORTIGUADORAS (BUFFER)

Son aquellas soluciones que mantienen el pH constante (o con pequeos cambios), al adicionarle pequeas cantidades de cidos o bases fuertes.

Las soluciones buffer o tampn resisten los cambios de pH debido a que contienen una especie cida que neutraliza a los iones OH- y una especie bsica que neutraliza a los iones H3O+. Es importante entonces que las especies cidas y bsicas no se consuman una con la otra en una reaccin de neutralizacin. Estos requisitos se satisfacen con un par conjugado cido-base [un cido dbil y su base conjugada (sal) o una base dbil y su cido conjugado (sal)].La capacidad buffer () de una solucin es la cantidad (en moles) de ionesH3O+ u OH- que necesita ser agregado a la solucin para cambiar su pH en una unidad. Mientras ms grande es esta cantidad mejor es el buffer.

Un ejemplo de buffer es el sistema cido actico/acetato de Sodio (HAc/Ac-). Su mecanismo de accin es el siguiente:

Si se aade una base, los iones OH- sern neutralizados por el cido del amortiguador:

HAc(ac) + OH-(ac) Ac-(ac) + H2O(l)

Si se agrega un cido, los iones H+ sern consumidos por la base del amortiguador.

Ac-(ac) + H+ (ac) HAc (ac)

Una solucin amortiguadora tiene 2 caractersticas importantes: su capacidad buffer (o capacidad amortiguadora) y su pHLas relaciones matemticas que pueden usarse para su clculo son las siguientes:

= - CA y = CB pH = pHf - pHi pH pH

Donde =

CA = concentracin cido fuerteCB = concentracin base fuerteCa = concentracin cido dbilCb = concentracin base conjugada

EjemploLa concentracin de ion H3O+ en 1L de solucin buffer compuesta de HAc 1 M y NaAc 1M es la misma que para 1L de solucin buffer compuesta de HAc 0,1 M y NaAc 0,1 M. Sin embargo, la primera solucin tiene una mayor capacidad buffer ( = 1,15 vs. 0,115) debido a que contiene mayores cantidades de HAc y NaAc.

El pH del amortiguador depende del Ka del cido y de las concentraciones relativas de cido y base que lo componen: HA(ac) + H2O A-(ac) + H3O+(ac)

Frmula de Henderson- Hasselbalch

La facilidad que tiene esta ecuacin para resolver problemas es que se puede sustituir directamente en la expresin las concentraciones iniciales de cido y base conjugada sin necesidad de conocer las cantidades que se ionizan.Anlogamente para los sistemas buffer compuestos de una base dbil y su cido conjugado se tiene la siguiente ecuacin:

Si se quiere obtener el pH se utiliza relacin pH+ pOH = 14

La mayor eficacia de una solucin buffer se produce cuando la relacin de cido dbil y su base conjugada es 1. Es decir pH = pKa. Lo mismo para los sistemas base dbil y su cido conjugado (pOH = pKb). El intervalo de amortiguamiento se deduce de la ecuacin de Henderson-Hasselbalch:

ELECTROQUIMICA

La Electroqumica trata de la interrelacin de los fenmenos qumicos y elctricos, as como del estudio de las propiedades elctricas de las soluciones de los electrolitos, estableciendo una relacin entre la accin qumica y elctrica de tales sistemas.

Conduccin electrolticaSe denominan conductores de primera especie o electrnicos a los metales slidos o fundidos y ciertas sales slidas (sulfuro cprico, sulfuro de cadmio) que conducen la corriente elctrica sin experimentar alteracin alguna. En estas sustancias, la conduccin tiene lugar por emigracin directa de los electrones a travs del conductor bajo la influencia de un potencial aplicado. Aqu, los tomos o iones que componen el conductor, permanecen en sus lugares.Los conductores de segunda especie o electrolticos son los que experimentan transformacin qumica al paso de la corriente elctrica como las soluciones de electrolitos fuertes y dbiles, sales fundidas y tambin algunas sales slidas como el cloruro de sodio y el nitrato de plata. La transferencia electrnica tiene lugar por migracin inica. Esta migracin involucra no slo una transferencia de electricidad sino tambin el transporte de materia de una parte a otra del conductor. Adems, el flujo de corriente en los conductores electrolticos va siempre acompaado de cambios qumicos en los electrodos que son muy caractersticos y especficos de las sustancias que componen el conductor y los electrodos.

TIPOS DE ELECTRODOS

Electrodo de gas (hidrgeno). Consiste en un cable de platino sumergido en solucin acuosa en la cual el in hidrgeno posee actividad 1 y la presin parcial del gas hidrgeno molecular es 1 atm, el cual burbujea en la solucin. Es conocido como electrodo estndar de hidrgeno. Su funcionamiento se basa en que cualquier cambio en el potencial de la celda no vara en absoluto la diferencia de potencial platino solucin. Por tanto es posible a partir de esto generar una tabla en la cual se tabulen valores relativos de diferencias de potencial entre esta referencia y otro electrodo cualquiera.

Est constituido por un colector inerte de electron