Grado de disociación (variación con la presión)

CÁLCULO DEL GRADO DE DISOCIACIÓN (Ejemplo)
* Aplicación del desplazamiento del equilibrio variando la presión
Para la disociación del N2O4, Kp=0,142 a 25ªC.
a) Calcular el grado de disociación a 25ºC y 1,2 atm
b) Calcular el grado de disociación a 25ºC y 5,0 atm (suponer todo gases)
N2O4(gas)
1
n0
n0 - x
n 0 - n 0α
n0(1- α)
estequi.
inicial
equilibrio
↔
2NO2 (gas)
2
-2x
2n0α
2n0α
α=
x
⇒ x = n 0 ·α
n0
El grado de disociación (α) expresa el tanto por uno (o tanto por ciento, %) de moles iniciales que se disociarán.
Por lo cual será independiente del número inicial de mol.
Como el único dato del ejercicio es Kp, se escribe la expresión de esta:
Kp =
( p NO ) 2
Se necesita calcular el número total de mol en el equilibrio:
nT = n0 - n0α + 2n0α = n0 + n0α = n0(1 + α)
2
pN O
2
4
Se expresan las presiones parciales:
n NO
2 n 0α
2α
p NO = χ NO · pT =
· pT =
· pT =
· pT
nT
n 0 (1 + α )
1+α
2
2
2
p N O = χ N O · pT =
2
4
2
4
nN O
2
4
nT
· pT =
n0 (1 − α )
1−α
· pT =
· pT
n0 (1 + α )
1+α
Sustituyendo en Kp:
4α 2
 2α

2
pT
· pT 

( p NO )
4α 2 · pT
4α 2 · pT
1+α
(1 + α ) 2


Kp =
=
=
=
=
1−α
1−α
pN O
(1 + α )·(1 − α )
1−α 2
· pT
· pT
1+α
1+α
2
2
2
2
4
Despejando α de esta expresión:
4α 2 · pT
Kp =
⇒ Kp·(1 − α 2 ) = 4α 2 · pT ⇒ Kp − Kpα 2 = 4α 2 · pT ⇒ Kp = α 2 ·(4 pT + Kp )
1−α2
Por tanto:
α=
Kp
4 pT + Kp
* Como se aprecia, si la pT aumenta, α disminuye.
* Dado el equilibrio inicial, N2O4
↔
2NO2 , se podía haber deducido lo anterior de forma
cualitativa aplicando el principio de Le-Chatelier:
Si la pT aumenta, el equilibrio reaccionará en contra, de acuerdo con el principio de Le-Chatelier, y
tenderá a bajar la pT. Para bajar la pT, el equilibrio se desplazará hacia donde haya menor número
de mol gaseoso, en este caso hacia reactivos, bajando por tanto α.
* Cálculo de valores de α a diferentes presiones (a temperatura constante):
Kp (25ºC)
0,142
0,142
0,142
0,142
0,142
0,142
0,142
PT (atm)
1,0
1,2
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
α
0,185
0,170
0,132
0,108
0,094
0,084
0,077
α (%)
18,5%
17,0%
13,2%
10,8%
9,4%
8,4%
7,7%
Cuando la PT es de 1,2 atm α vale 17,0 % (17 de cada
100 moléculas de N2O4 están disociadas).
Mientras que cuando la PT es de 5,0 atm α vale 8,4 %
(8,4 de cada 100 moléculas de N2O4 están
disociadas).
* DESPLAZAMIENTO DEL EQUILIBRIO AL VARIAR LA TEMPERATURA
Ejemplo: TETRÓXIDO DE DINITRÓGENO (También tetraóxido)
El tetróxido de dinitrógeno N2O4. es un dímero del dióxido de nitrógeno NO2. Por lo cual empleando la nomenclatura de
Stock existe una dificultad en la denominación para diferenciar ambos compuestos ya que ambos son óxido de nitrógeno
(IV). Además ambos compuestos se encuentran en equilibrio dependiente de la presión y la temperatura.
Es un poderoso oxidante, altamente tóxico y corrosivo. El N2O4 recibió mucha atención como comburente de cohetes
debido a que reacciona de forma hipergólica con la hidracina, y derivados, y se puede almacenar con facilidad. Donde se le
suele conocer con la abreviatura NTO. También es un poderoso reactivo en síntesis químicas.
Es una molécula plana con un enlace N-N
El N2O4. en estado puro a 25 °C es un gas incoloro, corrosivo y muy oxidante. Las moléculas de NO2 se combinan para dar
su dímero N2O4 y estas se decomponen en NO2. Este proceso está en equilibrio:
El valor de la constante de disociación depende significativamente de la temperatura:
T en ºC
Kp
α (PT=1 atm)
25
0,142
18,5%
35
0,302
26,5%
45
0,628
36,8%
50
0,863
42,1%
86,5
7,499
80,8%
101,5
16,18
89,5%
130,8
59,43
96,8%
A altas temperaturas el equilibrio se desplaza hacia la derecha, aumentando la concentración de NO2. Como este último es
de color pardo la mezcla adquiere una tonalidad del rojiza virando a un pardo mas intenso cuanto mayor sea la
descomposición. A temperaturas superiores a 80 ºC la disociación aumenta rápidamente y a 140 ºC esta casi completamente
disociado. Se puede apreciar el efecto inverso al disminuir la temperatura.
El estado líquido consiste principalmente en el dímero N2O4. Es un líquido volátil con un olor acre de color marrón
amarillento, debido a la mezcla de dióxido de nitrógeno. El punto de ebullición a presión atmosférica, +21,15 ºC,
solidificación a -11 ºC. El sólido a temperaturas inferiores a -12 ° C es incoloro. Reacciona con el agua para formar una
mezcla de ácidos nítrico y nitroso: 2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2
Sus mezclas con sustancias orgánicas son explosivas.
* Justificar la variación de Kp con la temperatura aplicando el principio de Le-Chatelier