1 00:00:15,980 --> 00:00:22,280 Hola a todos, soy Raúl Corraliza, profesor de química de segundo de bachillerato en el IES 2 00:00:22,280 --> 00:00:27,359 Arquitecto Pedro Gumiel de Alcalá de Henares y os doy la bienvenida a esta serie de videoclases 3 00:00:27,359 --> 00:00:38,109 de la unidad 5 dedicada al estudio del equilibrio químico. En la videoclase de hoy discutiremos el 4 00:00:38,109 --> 00:00:48,570 ejercicio 2 del cuestionario del equilibrio en términos de concentraciones. En esta videoclase 5 00:00:48,570 --> 00:00:52,750 enmarcada dentro de la caracterización del equilibrio en términos de concentraciones, 6 00:00:52,750 --> 00:00:58,229 vamos a echarle un vistazo al ejercicio 2 del cuestionario que corresponde a esta sección. 7 00:00:58,950 --> 00:01:05,170 En este ejercicio se nos dice que el tetróxido de dinitrógeno, que va a ser el protagonista del ejercicio, 8 00:01:05,890 --> 00:01:10,090 se descompone a 45ºC según la ecuación de equilibrio que tenemos aquí. 9 00:01:10,790 --> 00:01:20,109 Un mol de tetróxido de dinitrógeno en estado gaseoso se disocia para producir dos moles de dióxido de nitrógeno en estado gaseoso. 10 00:01:21,109 --> 00:01:27,569 Esta reacción es una reacción de descomposición, puesto que una molécula se divide en varias, 11 00:01:27,670 --> 00:01:33,930 en este caso se divide en dos, y más concretamente se denomina reacción de disociación, puesto 12 00:01:33,930 --> 00:01:39,890 que una única molécula se descompone en dos moléculas iguales. En este caso, el tetróxido 13 00:01:39,890 --> 00:01:46,310 de nitrógeno se disocia para formar dióxido de nitrógeno. La reacción inversa se denomina 14 00:01:46,310 --> 00:01:51,870 reacción de dimerización. Dos moléculas iguales se unen para formar una única molécula. 15 00:01:53,310 --> 00:01:59,670 En el ejercicio, aparte de plantearnos la reacción de disociación del tetróxido de 16 00:01:59,670 --> 00:02:05,409 dinitrógeno, se nos dice que en un reactor con un volumen de un litro vamos a introducir 17 00:02:05,409 --> 00:02:11,590 0,1 moles del tetróxido de dinitrógeno. Y esperando a que se alcance el equilibrio, 18 00:02:11,590 --> 00:02:19,770 resulta que una vez que éste se alcanza la presión total en el sistema es de 3,18 atmósferas. Con 19 00:02:19,770 --> 00:02:24,909 estos datos lo que tenemos que hacer es calcular el grado de disociación del tetróxido de nitrógeno 20 00:02:24,909 --> 00:02:32,530 y en el apartado b las presiones parciales tanto del tetróxido de nitrógeno como del dióxido de 21 00:02:32,530 --> 00:02:40,689 nitrógeno en el equilibrio. Este ejercicio es llamativo por dos razones. La primera es que se 22 00:02:40,689 --> 00:02:46,050 nos piden las presiones parciales de las especies que tenemos en el reactor, no 23 00:02:46,050 --> 00:02:50,270 las concentraciones. De tal manera que parece que este ejercicio no está bien 24 00:02:50,270 --> 00:02:55,490 puesto dentro de esta sección y que estaría mucho mejor en la siguiente 25 00:02:55,490 --> 00:02:58,830 donde tendremos que caracterizar el equilibrio en términos de presiones 26 00:02:58,830 --> 00:03:01,770 parciales, que es precisamente lo que se nos pide en el apartado B de este 27 00:03:01,770 --> 00:03:06,310 ejercicio. Pues bien, vamos a comprobar que en realidad no, que en realidad está 28 00:03:06,310 --> 00:03:11,469 muy bien puesto, puesto que para poder resolverlo lo único que vamos a necesitar es hablar de 29 00:03:11,469 --> 00:03:18,189 concentraciones y dado que vamos a utilizar las concentraciones para describir reactivo y producto 30 00:03:18,189 --> 00:03:25,250 que tenemos dentro del reactor, está en el sitio correcto. Vamos a utilizar concentraciones para 31 00:03:25,250 --> 00:03:31,669 caracterizar el equilibrio. De hecho, podremos comprobar más adelante, cuando realmente estudiemos 32 00:03:31,669 --> 00:03:37,889 la caracterización del equilibrio en términos de presiones parciales, que en realidad hay muchas 33 00:03:37,889 --> 00:03:42,710 de las cosas que se pueden hacer utilizando para la descripción concentraciones y no presiones 34 00:03:42,710 --> 00:03:47,090 parciales, puesto que va a ser muy sencillo determinar presiones parciales a partir de 35 00:03:47,090 --> 00:03:52,310 concentraciones y viceversa. Y en un momento dado va a ser muy cómodo utilizar la ley de acción de 36 00:03:52,310 --> 00:03:57,229 masas con concentraciones y no el equivalente que estudiaremos en la sección siguiente con 37 00:03:57,229 --> 00:04:02,530 presiones parciales. Por otro lado, la segunda razón por la cual este ejercicio es muy llamativo 38 00:04:02,530 --> 00:04:08,210 es porque se nos pregunta el grado de disociación del tetróxido de nitrógeno. Y el grado de 39 00:04:08,210 --> 00:04:13,370 disociación es una magnitud que nos va a aparecer muchísimo en las siguientes unidades, pero que 40 00:04:13,370 --> 00:04:20,889 todavía no habíamos hablado de él. Como veis aquí, el grado de disociación de esta sustancia, 41 00:04:21,389 --> 00:04:25,610 que se representa por la letra alfa y va a ser estándar utilizar esta letra para el grado de 42 00:04:25,610 --> 00:04:31,470 disociación es la razón entre la cantidad de sustancia que reacciona y la cantidad de sustancia 43 00:04:31,470 --> 00:04:38,209 total en una reacción de disociación, evidentemente, puesto que es grado de disociación. Eso quiere 44 00:04:38,209 --> 00:04:46,209 decir que supongamos que tuviéramos inicialmente cuatro moles de tetróxido de dinitrógeno y que 45 00:04:46,209 --> 00:04:51,470 sabemos que una vez que se alcanza el equilibrio lo que ha pasado es que de los cuatro moles uno 46 00:04:51,470 --> 00:04:58,410 se ha disociado, uno ha reaccionado y nos van a quedar en el equilibrio, pues en ese caso hipotético, 47 00:04:58,889 --> 00:05:04,709 tres moles del tetróxido de dinitrógeno y si un mol de tetróxido de dinitrógeno se ha disociado 48 00:05:04,709 --> 00:05:12,350 tendremos dos moles de dióxido de nitrógeno. Aquí la clave es que de los cuatro moles iniciales de 49 00:05:12,350 --> 00:05:18,189 tetróxido de dinitrógeno un mol ha reaccionado, un mol se ha disociado. Pues bien, el grado de 50 00:05:18,189 --> 00:05:23,709 disociación es el cociente entre ese 1 mol que ha reaccionado y los 4 moles que teníamos 51 00:05:23,709 --> 00:05:29,889 inicialmente. En este caso, 1 partido por 4 es 0,25. Y el grado de disociación, en ese caso 52 00:05:29,889 --> 00:05:40,120 hipotético, tengo 4 moles de los cuales 1 se ha disociado, sería 0,25. Ese 0,25 es el grado de 53 00:05:40,120 --> 00:05:45,620 disociación en este ejemplo hipotético expresado en tanto por 1. Si lo multiplicáramos por 100, 54 00:05:45,620 --> 00:05:53,220 obtendríamos 0,25% igual a 25%, lo que tendríamos es el grado de disociación expresado en forma de 55 00:05:53,220 --> 00:06:00,160 porcentaje. El grado de disociación en porcentaje tiene una interpretación mucho más fácil de 56 00:06:00,160 --> 00:06:07,220 entender. Quiere decir que de cada 100 moléculas o de cada 100 moles de moléculas, 25 se han 57 00:06:07,220 --> 00:06:14,699 disociado. El grado de disociación en tanto por 1, 0,25 también tiene una interpretación. Es la 58 00:06:14,699 --> 00:06:21,220 probabilidad de que una molécula elegida al azar se disocie, pero es mucho más directo en tanto 59 00:06:21,220 --> 00:06:27,220 por ciento. Tengo 100 moléculas, si el grado de disociación es 25%, sé que 25 se van a disociar. 60 00:06:28,220 --> 00:06:34,300 Si con el ejemplo que yo tenía antes, en lugar de con 4 moles de tetróxido de dinitrógeno que 61 00:06:34,300 --> 00:06:40,339 tuviera inicialmente, por la razón que quiera que sea, he comprobado que se han disociado 2 moles, 62 00:06:40,339 --> 00:06:55,560 El grado de disociación sería 2 partido por 4 igual a 0,5. Expresado en porcentaje sería 0,5 por 100 el 50%. Sé que el 50% de las moléculas que yo tenía inicialmente se han disociado cuando he alcanzado el equilibrio. 63 00:06:55,560 --> 00:07:06,019 Pues bien, sabiendo que esto es el grado de disociación, la razón entre la cantidad que ha reaccionado y la cantidad que tenía inicialmente, 64 00:07:06,759 --> 00:07:12,800 vamos a ver cómo podemos calcular, con los datos que tenemos aquí, el grado de disociación del tetróxido de dinitrógeno. 65 00:07:13,860 --> 00:07:23,480 Lo primero que vamos a hacer es determinar las concentraciones iniciales de todas las especies en el equilibrio, en la ecuación del equilibrio, 66 00:07:23,480 --> 00:07:30,379 puesto que estamos acostumbrados a utilizar la tabla del equilibrio con concentraciones mejor que con cantidades. 67 00:07:30,839 --> 00:07:37,420 No sea que tengamos que utilizar la dirección de masas y en ese caso mejor que andar poniendo cantidad partido por volumen continuamente 68 00:07:37,420 --> 00:07:44,180 es más fácil poner directamente las cantidades en el equilibrio, que podemos determinar de una forma muy cómoda con la tabla del equilibrio. 69 00:07:44,819 --> 00:07:51,480 Pues bien, si en un volumen de un litro introducimos inicialmente 0,1 moles de tetróxido de dinhidrógeno, 70 00:07:51,480 --> 00:07:56,980 la concentración inicial del tetróxido de nitrógeno será 0,1 partido por 1, 0,1 molar. 71 00:07:58,120 --> 00:08:01,819 Puesto que no se nos dice que introduzcamos nada más que el tetróxido de nitrógeno, 72 00:08:02,000 --> 00:08:05,699 hemos de suponer que inicialmente no hay dióxido de nitrógeno en el reactor 73 00:08:05,699 --> 00:08:09,779 y, consecuentemente, la concentración inicial de dióxido de nitrógeno va a ser 0. 74 00:08:10,379 --> 00:08:14,779 Y con eso ya tenemos la primera fila, aparte de la propia ecuación química ajustada, 75 00:08:15,459 --> 00:08:16,800 en la tabla del equilibrio. 76 00:08:16,800 --> 00:08:21,199 Las concentraciones iniciales de tetróxido de nitrógeno es 0,1 molar 77 00:08:21,199 --> 00:08:27,319 y del dióxido de nitrógeno es cero. Nosotros habitualmente hasta este momento lo que haríamos 78 00:08:27,319 --> 00:08:32,679 sería escribir una línea diciendo que llamamos c minúscula a la cantidad de tetróxido de 79 00:08:32,679 --> 00:08:38,259 nitrógeno que ha reaccionado en cada litro de disolución para alcanzar el equilibrio. 80 00:08:38,679 --> 00:08:44,059 Y nosotros en la siguiente fila, que es la de reacciona, pondríamos aquí c y a la vista 81 00:08:44,059 --> 00:08:48,480 de los coeficientes estequiométricos, puesto que un mol de tetróxido de nitrógeno produce 82 00:08:48,480 --> 00:08:53,279 el doble, 2 moles de dióxido de nitrógeno, cuando se disocia, pues bien, con una cantidad 83 00:08:53,279 --> 00:08:59,940 C de tetróxido de nitrógeno que ha reaccionado, tendremos una cantidad 2C de dióxido de nitrógeno 84 00:08:59,940 --> 00:09:06,860 que se haya producido. En este caso no vamos a hacer eso, no vamos a poner C y 2C, no por 85 00:09:06,860 --> 00:09:11,539 nada, no porque esté mal, es perfectamente correcto, sino porque dado que se nos pregunta 86 00:09:11,539 --> 00:09:18,720 por el grado de disociación es mucho más útil utilizar 0,1 por alfa el grado de disociación 87 00:09:18,720 --> 00:09:25,600 como la cantidad de tetróxido de nitrógeno por litro de solución que reacciona y consecuentemente 88 00:09:25,600 --> 00:09:33,240 aquí el doble 2 por 0,1 alfa o lo que es lo mismo 0,2 por alfa para el dióxido de nitrógeno que se 89 00:09:33,240 --> 00:09:42,500 ha producido. ¿Por qué 0,1 por alfa? Bueno, alfa es la razón entre la cantidad que ha reaccionado y la 90 00:09:42,500 --> 00:09:47,960 cantidad que había inicialmente. Si nosotros multiplicamos esta razón, la de la cantidad que 91 00:09:47,960 --> 00:09:52,480 ha reaccionado, dividido entre la cantidad que había inicialmente por la cantidad que había 92 00:09:52,480 --> 00:09:56,720 inicialmente, lo que obtenemos es la cantidad que ha reaccionado, que es lo que realmente queremos 93 00:09:56,720 --> 00:10:03,100 poner aquí. Nosotros lo que estamos haciendo es poner continuamente en esta tabla del equilibrio 94 00:10:03,100 --> 00:10:08,700 cantidades referidas a un litro de disolución. Así que lo que tenemos que hacer es multiplicar 95 00:10:08,700 --> 00:10:13,320 el grado de disociación, insisto, cantidad que reacciona dividido entre la cantidad que 96 00:10:13,320 --> 00:10:18,799 había inicialmente por la cantidad que había inicialmente en un litro de disolución. Por 97 00:10:18,799 --> 00:10:23,120 eso lo que hacemos es multiplicar alfa por esta misma concentración inicial que teníamos 98 00:10:23,120 --> 00:10:28,840 aquí. Esto es algo que haremos con carácter general siempre que tengamos una reacción 99 00:10:28,840 --> 00:10:35,240 de disociación y necesitemos utilizar, o bien nos venga mejor, el grado de disociación. Aquí 100 00:10:35,240 --> 00:10:40,580 tendremos la concentración inicial de este reactivo y la cantidad que reacciona va a ser 101 00:10:40,580 --> 00:10:48,200 la concentración inicial multiplicado por alfa, que la cantidad inicial es 0,1, 0,1 por alfa. Y en 102 00:10:48,200 --> 00:10:53,120 cuanto a la cantidad que reacciona para el producto, lo único que tenemos que hacer es utilizar este 103 00:10:53,120 --> 00:11:01,000 Ahí mismo 0,1 por alfa es el equivalente a C, a la que estamos acostumbrados, y utilizar los coeficientes estecométricos. 104 00:11:02,059 --> 00:11:08,840 Un molde reactivo produce dos moldes de producto, bueno, pues 0,1 alfa va a producir 2 por 0,1 alfa. 105 00:11:09,860 --> 00:11:14,659 A partir de aquí, todo es exactamente igual a lo que estamos acostumbrados a ver. 106 00:11:15,639 --> 00:11:29,440 Si inicialmente tenemos 0,1 molar como cantidad de tetróxido de nitrógeno por litro de solución y reacciona, o sea, se consume 0,1 por alfa, lo que habrá en el equilibrio será 0,1 menos 0,1 por alfa. 107 00:11:29,980 --> 00:11:41,179 Si inicialmente no había dióxido de nitrógeno y se va a formar 2 por 0,1 alfa, pues lo que habrá en el equilibrio será 2 por 0,1 alfa, o bien si queréis 0,2 alfa, para que sea más sencillo. 108 00:11:41,179 --> 00:11:55,909 Si conociéramos la constante de equilibrio, podríamos utilizar la ley de acción de masas con estas concentraciones en el equilibrio para determinar alfa, que sería la única incógnita que tenemos. 109 00:11:56,509 --> 00:11:59,190 No conocemos la constante de equilibrio. 110 00:12:00,409 --> 00:12:05,470 Consecuentemente, no podemos utilizar la ley de acción de masas para determinar alfa. 111 00:12:05,470 --> 00:12:17,309 Fijaos que podríamos escribirla perfectamente, pero Kc igual a 0,2 alfa elevado al cuadrado dividido entre 0,1 menos 0,1 alfa, tendríamos una ecuación con dos incógnitas. 112 00:12:17,509 --> 00:12:28,190 Estaría subdeterminada, necesitaríamos una ecuación más que nos determinara o bien alfa, pero entonces estaríamos utilizando un método completamente distinto, o bien la constante de equilibrio. 113 00:12:28,190 --> 00:12:32,509 y nosotros de momento el único dato que no hemos utilizado aparte de la temperatura 114 00:12:32,509 --> 00:12:37,690 es que en el equilibrio la presión total es de 3,18 atmósferas. 115 00:12:38,169 --> 00:12:43,590 Así que de alguna manera necesitamos relacionar estas concentraciones en el equilibrio 116 00:12:43,590 --> 00:12:47,190 que es lo único que podemos determinar de momento con esta tabla 117 00:12:47,190 --> 00:12:51,049 con esta presión total de 3,18 atmósferas. 118 00:12:51,809 --> 00:12:57,629 Cuando nos encontremos con esto el mecanismo que tenemos que utilizar va a ser siempre el mismo. 119 00:12:58,570 --> 00:13:07,429 Nosotros conocemos estas concentraciones en el equilibrio que no son más que las cantidades de cada una de estas dos especies que va a haber contenidos en un litro de disolución. 120 00:13:07,970 --> 00:13:18,309 Si nosotros sumamos esta y esta cantidad, lo que tendremos es la cantidad total de entre todas las especies gaseosas que hay en el equilibrio en cada litro de disolución. 121 00:13:18,309 --> 00:13:31,789 Así que si sumo 0,1 menos 0,1 alfa, que es esta cantidad, más 2 por 0,1 alfa, que es esta otra, lo que tengo es la cantidad total de sustancia en el equilibrio en cada litro de disolución. 122 00:13:32,330 --> 00:13:39,409 Eso es equivalente a la concentración total en el equilibrio, cantidad total de sustancia en cada litro de disolución. 123 00:13:39,789 --> 00:13:42,049 Se calcula dividiendo la cantidad total entre el volumen. 124 00:13:42,049 --> 00:13:51,470 esta cantidad total y este volumen junto con esta presión total y esta temperatura aparecen 125 00:13:51,470 --> 00:13:56,470 relacionadas en la ley de los gases ideales y es que no olvidemos que aquí lo que tenemos son gases 126 00:13:56,470 --> 00:14:03,070 y por eso tenemos el valor de la presión total así pues teniendo en cuenta que conocemos el 127 00:14:03,070 --> 00:14:09,509 cociente de n total entre v conocemos la concentración total en el equilibrio conocemos 128 00:14:09,509 --> 00:14:14,129 la presión en el equilibrio, que es esa presión total que nos han dado. Conocemos la temperatura, 129 00:14:14,389 --> 00:14:18,990 puesto que nos dicen que este proceso ocurre a una temperatura determinada. Y conocemos 130 00:14:18,990 --> 00:14:23,289 R, que en condiciones normales, en un ejercicio normal de examen, nos darían, y que si no 131 00:14:23,289 --> 00:14:30,110 podemos consultar dentro de nuestros apuntes, el valor 0,082 atmósfera por litro partido 132 00:14:30,110 --> 00:14:35,389 por Kelvin y por mol. Pues bien, como decía, con esta ecuación en donde todo está determinado, 133 00:14:35,389 --> 00:14:42,610 todo esto son valores numéricos excepto nt partido por v que depende de alfa, con esa ecuación 134 00:14:42,610 --> 00:14:48,629 podremos calcular alfa. Y eso es algo que dejo para vosotros junto con las explicaciones que 135 00:14:48,629 --> 00:14:56,179 consideréis necesarias para que se pueda entender lo que estáis haciendo en este ejercicio. En cuanto 136 00:14:56,179 --> 00:15:00,419 a cómo calcular las presiones parciales ejercidas por cada uno de los componentes en la mezcla, 137 00:15:01,519 --> 00:15:05,879 una vez que hemos calculado alfa al grado de su excepción del tetróxido de nitrógeno, lo que 138 00:15:05,879 --> 00:15:10,539 podemos hacer es ir realizando una serie de cálculos en cadena. En primer lugar, como ya había 139 00:15:10,539 --> 00:15:15,600 mencionado anteriormente, alfa es lo que nos va a permitir determinar las concentraciones en el 140 00:15:15,600 --> 00:15:21,840 equilibrio tanto del tetróxido de nitrógeno como del dióxido de nitrógeno. Conocidas las 141 00:15:21,840 --> 00:15:27,000 concentraciones y conocido el volumen del reactor, lo que podemos hacer a continuación es determinar 142 00:15:27,000 --> 00:15:33,279 las cantidades de cada sustancia en el equilibrio y sumando la cantidad de sustancia total. Estas 143 00:15:33,279 --> 00:15:38,059 cantidades son las que necesitamos para poder calcular las fracciones molares de cada sustancia 144 00:15:38,059 --> 00:15:43,100 en el equilibrio. Os recuerdo que las fracciones molares las estudiamos al hablar de concentraciones 145 00:15:43,100 --> 00:15:50,000 el año pasado en la física química de primer bachillerato y con las fracciones molares y la 146 00:15:50,000 --> 00:15:55,519 presión total en el equilibrio podemos determinar la presión parcial de cada de cada una de las 147 00:15:55,519 --> 00:16:00,960 sustancias en el equilibrio y asimismo os recuerdo que las presiones parciales también las estudiamos 148 00:16:00,960 --> 00:16:06,700 tanto al hablar de disoluciones como en la misma unidad al hablar de gases en la física química de 149 00:16:06,700 --> 00:16:13,200 primero de bachillerato. Así pues, como podéis comprobar, la profecía se ha cumplido. En realidad 150 00:16:13,200 --> 00:16:21,320 no he necesitado hablar siquiera del equilibrio, nada más que he necesitado escribir la tabla del 151 00:16:21,320 --> 00:16:27,299 equilibrio en términos de concentraciones. Así que, como decía anteriormente, esto va a ser 152 00:16:27,299 --> 00:16:32,919 bastante habitual. No voy a necesitar utilizar la ecuación del equilibrio en términos de presiones 153 00:16:32,919 --> 00:16:39,500 parciales. Me va a bastar en muchas ocasiones con la caracterización del equilibrio en términos de 154 00:16:39,500 --> 00:16:44,259 concentraciones para resolver un ejercicio incluso aunque me hablen de presiones, incluso aunque sean 155 00:16:44,259 --> 00:16:50,419 gases. Y de hecho, como habéis podido comprobar, no he tenido ni siquiera que utilizar la ley de 156 00:16:50,419 --> 00:16:56,379 acción de masas para poder resolver este ejercicio, puesto que se daba la circunstancia concreta de 157 00:16:56,379 --> 00:17:02,240 que me daban condiciones iniciales y condiciones en el equilibrio. Este mismo ejercicio podría 158 00:17:02,240 --> 00:17:07,519 haberse completado preguntando por cuál es la constante Kc y si quisiéramos realmente 159 00:17:07,519 --> 00:17:12,839 relacionarlo con la caracterización del equilibrio en términos de presiones parciales, también 160 00:17:12,839 --> 00:17:18,180 se nos podría haber pedido que calculáramos la constante Kp. Aunque de eso hablaremos 161 00:17:18,180 --> 00:17:23,460 más adelante, la semana que viene, cuando estudiemos la sección correspondiente a la 162 00:17:23,460 --> 00:17:31,220 caracterización del equilibrio en términos de presiones parciales. En el aula virtual de la 163 00:17:31,220 --> 00:17:37,059 asignatura tenéis disponibles otros recursos, ejercicios y cuestionarios. Asimismo, tenéis 164 00:17:37,059 --> 00:17:42,200 más información en las fuentes bibliográficas y en la web. No dudéis en traer vuestras dudas 165 00:17:42,200 --> 00:17:48,099 e inquietudes a clase o al foro de dudas de la unidad en el aula virtual. Un saludo y hasta pronto.