Pág. Principio de Le Châtelier
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UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERA QUÍMICA
PRINCIPIO DE LE CHATELIER Sheyla Arzuza, Leonardo Cogollo, Sergio De la Hoz, Amanda Escorcia Mg Carmen Carmen Alicia Alicia Arias Villamiza Villamizar, r, laboratorio laboratorio de Química eneral !!, abril "# del $%"&'
RESUMEN. En esta esta e()e e()eri rien enci cia a se obse obser* r*+ + el eui euili libr brio io uím uímic ico o con con base base al )rinci)i )rinci)io o de Le Ch-telie Ch-telierr donde donde utilizam utilizamos os cromato cromato de )otasio )otasio %'"M, %'"M, dicr dicrom omat ato o de )ota )otasi sio o y el .iosa iosana nato to de )ota )otasi sio o )ara )ara demo demost stra rarr el euil euilibr ibrio io uími uímico co dond donde e se)ar se)aram amos os en dos sistem sistemas, as, el sistem sistema a A donde utilizamos el cromato y el dicromato de )otasio )ara a/adirles 0cidos y bases en )os de demostrar la neutralizaci+n de los 0cidos con las bases y los cambios ue estos obtienen en el )roceso' Al igual igual el sistem sistema a 1 dond donde e utiliz utilizamo amos s el .iosa .iosana nato to de )otas )otasio io )ara )ara buscar su euilibrio, cambios ue tiene con el nitrato de hierro, cristales de )otasio y obser*aremos hacia donde se des)lazara el euilibrio'
Palabras Palabras clave clave Concentra Concentraci+n ci+n,, euilibr euilibrio io en una una reacci+ reacci+n, n,
ley de
acci+n de masas'
A!STRACT. .his e()erience e()erience 2as obser*ed chemical euilibrium euilibrium based on the )rin )rinci ci)l )le e o3 Le Chat Chatel elie ierr 2her 2here e 2e use use %'"M %'"M )ota )otass ssiu ium m chro chroma mate te,, )otas )otassiu sium m dichr dichrom omate ate and and )otas )otassiu sium m tiosan tiosanato ato to demon demonstr strate ate the chemical balance 2here 2e se)arate into t2o systems, system A 2here 2e use the chromate and )otassium dichromate in order to add acids
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and bases sho2 a3ter neutralization o3 acids and bases 2ith the changes they get in the )rocess' As the system 1 2here 2e use the )otassium tiosanato to 4nd its euilibrium, changes ha*e to iron nitrate, )otassium and obser*e crystals to 2here the balance 2ould shi3t'
"e#$%r&s Concentration, reaction euilibrium, la2 o3 mass action '. INTRODUCCI(N' Las reacciones uímicas ue ocurren en cualuier direcci+n 5reacti*o 6 )roductos7 )roductos 6 reacti*os8 a estas se les denomina reacciones re*ersibles, la gran mayoría de estas reacciones no se alcanzan a com)letar, es decir, ue aunue los reacti*os se mezclen en cantidades esteuiometrias no se alcanzan a con*ertir en su totalidad en )roductos' Cuando los reacti*os reaccionan )ara 3ormar los )roductos, y estos a su *ez reaccionan entre ellos )ara )roducir nue*amente los ⇔
reacti*os9
A:1
.
C
:D,
cuando A,1 reaccionan )ara dar 1 C con la misma *elocidad ue C, D reaccionan )ara 3orma A,1 el sistema se encuentra en euilibrio, este euilibrio uímico e(iste cuando las *elocidades de ambas reacciones ocurren de manera simult0nea a la misma *elocidad' Cuando el sistema se encuentra en euilibrio, se dice ue el
euilibrio esta des)lazado hacia la derecha si hay m0s C,D ue A,1, y ue esta des)lazado hacia la izuierda si hay m0s de A,1 ue de C,D' Estos euilibrios )ueden ser )erturbados con base en un )rinci)io denominado el ;rinci)io de Le Ch-telier, el cual a4rma ue una reacci+n uímica ue es des)lazada del euilibrio )or un cambio de las condiciones de tem)eratura, concentraci+n, )resi+n y *olumen e*oluciona hacia un nue*o estado de euilibrio en la reacci+n en la ue al menos )arcialmente com)ense el cambio e()erimentado' El ob
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3
). FUNDAMENTOS TEORICOS E*+,l,br,%
*+-,c% Es
el estado al ue se llega al 4nal de la cualuier sistema uímico' La e()resi+n matem0tica ue re)resenta al Euilibrio Químico, se conoce como Ley de Acci+n de Masas y se enuncia como9 La relaci+n del )roducto de las acti*idades 5acti*idad igual a concentración en soluciones diluidas8 ele*adas los coe4cientes esteuiom=tricos en la reacci+n de )roductos y reacti*os )ermanece constante al euilibrio' ;ara cualuier reacci+n9
multi)licaci+n de las concentraciones de los )roductos, en donde cada una de ella esta ele*ada al n?mero del coe4ciente esteuiometrico y el denominador se obtiene multi)licando tambi=n las concentraciones de los reacti*os' El *alor de esta constante indica si una reacci+n en euilibrio es 3a*orable a los reacti*os o los )roductos' Si @
¿ 1 el euilibrio
se des)lazara hacia la derecha y 3a*orecer0 a los )roductos, sin embargo si @ ¿ 1 el euilibrio se des)lazara hacia la izuierda y 3a*orecer0 los reacti*os'
⇔
A:1
.
C : D
Se tiene ue9
"/
[ C ] [ D ] [ A ] [ B ]
7. MATERIALES REACTIVOS.
Ma4er,ales • •
Pr,0c,1,% &e Le C234el,er >n sistema, sometido a un cambio, se a
C%0s4a04e &e e*+,l,br,% 5" C6 La constante de euilibrio se de4ne como un cociente, en donde el numerador es la
• • •
tubos de ensayo radilla Es)0tula' ;i)eta' ;era'
Reac4,v%s • • • • • • • •
@ $CrB @ $Cr$B HCL aBH H& H$SB @SC @B&
8
Pág. Principio de Le Châtelier • •
4 8 Luego de tomar las obser*aciones del )aso $, tomamos uno de los $ tubitos con su res)ecti*a reacci+n, )or e
a$H;B FeCl&
9. POCEDIMIENTO E:PERIMENTAL.
tomamos
S,s4ea A
ue ya ha sido diluido con
"8 En & tubos de ensayos a/adimos "ml de
,
"%
k 2 Cr2 O7 II
y
y
""
res)ecti*amente de
,
gotas HCl
en cada uno y obser*amos los cambios' &8 Ahora, Vertimos en los k 2 Cr O 4 III
tubos k 2 Cr2 O7 III
y
, " y gotas
gotas
NaOH
de
k 2 Cr O4 III
G8 En los tubos k 2 Cr2 O 7 III
y
, ue ya han NaOH
sido diluidos con
en el )aso n?mero &, y les agregamos a cada uno " gotas
N H 3
de
y
obser*amos los cambios' 8 Vertimos en el tubo k 2 Cr2 O 7 II
, ue ya ha sido NaOH
diluido con cantidad
de
cierta
HCl
y
obser*amos los cambios' 8 Em)ezamos otra *ez HCl
sustituyendo el NaOH N H 3
#8 Luego
en cada uno y
tubos
obser*amos los cambios'
'
Bbser*amos Los cambios'
de
res)ecti*amente NaOH
y le agregamos "G
rotul0ndolos
tambi=n de la misma manera, )ara tener mayor )recauci+n en nuestra e()eriencia' Bbser*ando los colores ue )resentan los reacti*os en cada tubito' $8 Vertimos en los tubos k 2 Cr O4 II
HCl
k 2 Cr O4
y los rotulamos di3erenci0ndolos )or !, !! y !!!, y en los otros & colocamos "ml de k 2 Cr2 O7
k 2 Cr O4 II
el
, )or
H 2 S O 4
y el y
' *ertimos
k 2 Cr2 O 7 II
en
k 2 Cr O 4 II
los y
, "$ gotas en
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5
N H 3
cada uno de
con
en
cada uno y obser*amos los cambios' 8 Ahora, Vertimos en los k 2 Cr O 4 III
tubos k 2 Cr2 O7 III
H 2 S O 4
KSCN III
de
y
de
de
en cada uno y
H 2 S O 4
de
y
k 2 Cr2 O7 III
, y obser*amos
KSCN III
Na 2 HP O 4
KSCN I
y
KSCN II
Fe Cl3
'
$, les agregamos a cada uno cierta cantidad de
,
Na2 HP O4
y obser*amos
)aso
n?mero "%, y les agregamos a cada uno "
;. ANÁLISIS RESULTADOS
gotas
de
en
el
N H 3
y
"8 Colocamos en & tubos de ensayo rotulados a su *ez
ue
se
DE
Desarr%ll% S,s4ea A
obser*amos los cambios'
S,s4ea !
, ue
en el )aso n?mero
los cambios )resenten'
H 2 S O4
y
ya han sido diluidos con
ue ya han sido diluidos con
le
obser*amos los cambios' 8 Luego en los tubos
Bbser*amos Los cambios' ""8 En los tubos k 2 Cr O 4 III
y
, cierta cantidad
Fe Cl3
de
y le agregamos G
gotas
KSCN I
en
a/adimos cierta cantidad
ue ya ha sido diluido con N H 3
y
en cada uno'
contiene el
k 2 Cr O7 II
el
KSCN II
los cambios ue se e3ect?an en cada uno' &8 Al tubo de ensayo ue
obser*amos los cambios' "%8 Luego de tomar las obser*aciones del )aso #, tomamos uno de los $ tubitos con su res)ecti*a reacci+n, )or e
KSCN
KSCN II
,
cierta cantidad
$8 Vertimos
, "& y "G gotas
res)ecti*amente
KSCN I
Imagen 1. Solución de y
k 2 Cr2 O7
k 2 Cr O4
respectivamente.
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6 Se da en la
CROMATO DE POTASIO 5" )CrO96 El cromato de )otasio en agua 5En soluci+n acuosa8' Característica9 soluci+n coloraci+n amarilla' +1
K 2 Cr O 4 H 2 O K
de
+( Cr O )−
k 2 Cr O4
+¿ ¿
HCL 5ac8 :
5ac8 :
5ac 8
HCrO4
I
k 2 Cl
6 5ac8
2
4
)' S%l+c,=0 &e 5Cr%a4%<Ác,&% Cl%r2-&r,c%6< H,&r=>,&% &e S%&,%
⇔
En los )rocesos ue se realizaran el ion )otasio no ser0 de gran im)ortancia así ue se )ude su)rimir de la ecuaci+n de
'6 Cr%a4% Cl%r2-&r,c%.
siguiente reacci+n9
<
Ác,&%
Se agregaron unas gotas de soluci+n de 0cido clorhídrico a la soluci+n de cromato, se e*idencio claramente un cambio en el color de la soluci+n de amarillo a naran
Imagen 2. Cromato - Ácido Clorhídrico.
Anteriormente se di
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7
9. S%l+c,=0 2,&r=>,&% &e Cl%r2-&r,c%.
Imagen 3. Solución de (Cromato-Ácido Clorhídrico- !idró"ido de Sodio.
&e 5Cr%a4%< s%&,%6 ? Ác,&%
A la soluci+n de cromato6 hidr+(ido de sodio, )re)arada anteriormente, se le agrego una cantidad de 0cido clorhídrico, des)u=s de un tiem)o solo se nota un le*e cambio en la coloraci+n, casi insigni4cante )ero se )ude a)reciar un cambio de amarillo a naran
En este )aso *imos como el aBH neutralizo el HCL K 2 Cr O4
+¿¿
CL
5ac8
: HCL(ac)
⟺
K 2
−¿
HCr
O4
Queda nue*amente en euilibrio )or la neutralizaci+n del 0cido con la base'
7. S%l+c,=0 cr%a4%< 2,&r=>,&% &e s%&,%. A una cantidad de soluci+n de cromato se le agregaron una cantidad de hidr+(ido de sodio, no se obser*+ cambio en la coloraci+n de la soluci+n des)u=s de agregarle una cantidad considerable de la sustancia antes mencionada'
( Cr O )− (
Imagen #. Solución de (Cromato- hidró"ido de sodio $ Ácido clorhídrico. Se da en la siguiente reacci+n9
( Cr O )− ( ) +¿ 2
J
4
ac
aBH5ac8 K :
H Cl (ac )
I04er1re4ac,=0 cab,%s.
&e
l%s
2
4
ac )
!a"H( ac)
En el )rimera mezcla se tiene ue al agregarle un cantidad de 0cido a la soluci+n de cromato
Pág. Principio de Le Châtelier esta cambia de color, esto se debe a ue el 0cido en soluci+n dona un )rot+n' ecordando la de4nici+n de 0cido seg?n 1ronsted9 un 0cido es una sustancia ca)az de donar )rotones' Entonces tendremos ue el 0cido clorhídrico en soluci+n acuosa estar0 disociado de la siguiente manera9
−¿ ¿ +¿+ Cl
¿
HCl H 2 O H →
El 0cido clorhídrico es un 0cido 3uerte se disocia )or com)leto, cabe destacar ue en esta reacci+n se tiene un hidrogeno con carga )ositi*a, esto nos indica ue este ha )erdido su electron, así ue uedara )resenta en la reacci+n como un )rot+n' .eniendo en cuenta lo anterior cuando se a/ade )rotones a la soluci+n de cromato esta cambia su coloraci+n debido a la 3ormaci+n de dicromato, esto se )ude inter)retar como un cambio en el euilibrio de la soluci+n, donde el euilibrio de la soluci+n se des)laza a la 3ormaci+n de )roductos' La soluci+n de 5cromato6acido86 hidr+(ido de sodio, cambia de
# color debido a la )resencia de iones BH6 , estos iones )ro*ienen de la base, ue en este caso sería el hidr+(ido de sodio, esto lo )odemos escribir de la siguiente 3orma9
−¿ ¿ +¿+ OH NaOH H 2 O Na
¿
→
.eniendo en cuenta la de4nici+n de 1ronsted )ara una base9 una base es una sustancia rece)tora de )rotones' La )resencia de BH6 )roduce ue el euilibrio antes des)lazado a la 3ormaci+n de )roductos 5dicromato8 se des)lace hacia los reacti*os, es decir hacia la 3ormaci+n de iones cromato, esto se )uede a4rmar con total seguridad teniendo en cuenta el an0lisis cualitati*o basado en los cambios de coloraci+n' Ahora se analiza ue )asa con los incisos & y ' Antes hay ue tener en cuanta una e(tensi+n de la teoría 0cido6 1ar base de 1ronsted9
c%0@+a&% Bc,&%< base. ;ara el )rimer caso el ion cromato se com)orta como una base, lo ue )ermite la 3ormaci+n de iones dicromato cuando a esta soluci+n se le agrega el 0cido, en el segundo caso el
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$
dicromato 3ormado en la soluci+n ", se com)orta como un 0cido, lo ue )ermite la 3ormaci+n de cromato' ;ara el caso tres en el ue se agrega hidr+(ido de sodio, se estarían mezclando dos bases )or lo ue no se )ro*ocara ning?n cambio en la soluci+n, )ermanece con su coloraci+n inicial, no se a3ecta el euilibrio de soluci+n' Ahora si mezclamos esta soluci+n con 0cido es)eraríamos ue ocurriera un cambio, )ero no 3ue así, se su)one ue se 3ormaría dicromato, teniendo en cuanta lo antes mencionado, )ero la )resencia de BH 6, )or decirlo de una 3orma anula el este e3ecto'
(C r
−2
2
O 7)
(ac )
: HCl 5ac8
)6 S%l+c,=0 &e 5D,cr%a4%< Ác,&% Cl%r2-&r,c%6< H,&r=>,&% &e S%&,% La soluci+n de dicromato no cambia de color cuando se le agrego acido, )ero cuando se le agrego una cantidad de hidr+(ido de sodio, esta cambio su coloraci+n de naran
{(C r
−2
2
O7 ) ( ac ) + H Cl( ac)
%
!a"H
(ac)
DICROMATO DE POTASIO 5" )Cr)O6 Dicromato de )otasio en agua 5en soluci+n acuosa8' Característica9 soluci+n coloraci+n naran
de −2
K 2 Cr 2 O7 H 2 O+( Cr 2 O4 )
(ac )
Imagen %. (&icromato-Ácido Clorhídrico- !idró"ido de Sodio
⇔
'6 S%l+c,=0 &e D,cr%a4%< Ác,&% Cl%r2-&r,c%.
< S%l+c,=0 D,cr%a4%< 2,&r=>,&% &e s%&,%.
Se agregaron unas gotas de soluci+n de 0cido clorhídrico a la soluci+n de dicromato, se e*idencio ue no hubo ning?n cambio en el color de la soluci+n'
A una cantidad de soluci+n de dicromato se le agregaron una cantidad de hidr+(ido de sodio, se obser*+ cambio en la coloraci+n de la soluci+n des)u=s
Pág. Principio de Le Châtelier de agregarle una considerable de la antes mencionada'
(C r
1&
cantidad sustancia
−2
2
O 7)
(ac )
!a"H ( ac)
Imagen
7.
(Dicromato- hidróxido de sodio) – Ácido Clorhídrico.
Desarr%ll% S,s4ea !
Imagen '. Solución &icromatohidró"ido de sodio.
TIOSANATO 5"SCN6
DE
POTACIO
S%l+c,=0 &e 5&,cr%a4%< 2,&r=>,&% &e s%&,%6 ? Ác,&% Cl%r2-&r,c%. 8-
Al agregarle una cantidad de ácido a esta solución se pudo apreciar que esta cambio su coloración a un naranja.
{(C r
amarillo a un casi
−2
2 O7 ) ( ac )
!a"H (ac) %
H Cl (ac )
Imagen . Solución )SC*.
'< S%l+c,=0 T,%sa0a4% 1%4as,% < cl%r+r% rr,c%
&e
A un ml de @SC se le agregaron $% gotas de cloruro 3=rrico y hubo un cambio considerable la soluci+n se oscureci+
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Imagen 11. Solucion tiosanato de potasio - cloruro ,rrico ,os,ato diamonico. Imagen +. Solucion tiosanato de potacio - cloruro ,rrico.
)6 S%l+c,=0 5T,%sa0a4% &e 1%4as,% < cl%r+r% rr,c%6 < %sa4% &,a%0,c%.
Imagen 1. Solucion tiosanato de potasio - cloruro ,rrico ,os,ato diamonico ;oco a )oco la coloraci+n oscura comienza a desa)arecer y se *a tornando de color blanco, se menea la mezcla lentamente y se torna totalmente te color blanco'
C/*C0SI/* Con esta e()eriencia, se )uede concluir, ue el euilibrio de un sistema se )uede a3ectar )or distintos 3actores, en este cambiando las concentraciones, el euilibrio se des)laza hacia los reacti*os o hacia la 3ormaci+n de )roductos, conociendo estos y teniendo en cuenta el )rinci)io de Le Ch-telier, )odemos a)licar este )rocedimiento a ni*el industrial, como es la obtenci+n del amoniaco )or e
BIBLIOGRAFÍA
"8 aymond Chang, uímica general, d=cima edici+n, China, $%"%, ca)ítulo "'
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