Temperatura y equilibrio

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Influencia de la temperatura en el equilibrio NO2-N2O4

Objetivo:

Establecer el carácter térmico del equilibrio NO2-N2O4 observando cómo se desplaza al aumentar o disminuir la temperatura, siguiendo la variación del color de la mezcla.

Material:

Kitasato con tapón de goma horadado y tubo de goma

Embudo de adición con tapón.

Tubos de ensayo con tapón en gradilla

Vasos de precipitados: dos de 250ml y uno de 100ml.

Soporte para calefacción con rejilla

Mechero

Baño de hielo

Cobre en virutas

HNO3 concentrado.

Desarrollo:

En la campana de gases, si es posible, se coloca un kitasato con embudo de adición. Introducir cuatro ó cinco virutas de cobre y unos diez mililitros de ácido nítrico. (Es importante utilizar poca cantidad de reactivos)

En la reacción se obtienen nitrato de cobre, dióxido de nitrógeno y agua.

El dióxido de nitrógeno obtenido se recoge en tres tubos de ensayo, hasta llenarlos, tapándolos con corchos,

Añadir agua o una base para neutralizar el exceso de ácido que queda en el kitasato, y mantener en funcionamiento la campana de gases.

Dejar un tubo como testigo del color a temperatura ambiente. Introducir el segundo tubo en el agua hirviendo y el tercero en agua con hielo.

Observar los colores obtenidos

Los procesos que han tenido lugar son los siguientes:

Cu + 4 HNO3 -----------------> 2 NO2 + Cu(NO3)2 + 2H2O

Obtenido el NO2 automáticamente se dimeriza

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Cuestiones:

1.Sabiendo que el color del NO2(g) es rojizo y que el N2O4(g) es incoloro, deduce el carácter térmico del equilibrio aplicando el principio de Le Chatelier

2. ¿Quién es más estable, el NO2 o el N2O4?.

3. La temperatura, ¿favorece la espontaneidad de este proceso o se opone a él?

4.¿Cómo varía el grado de disociación con la temperatura?.

5.Razona desde el punto de vista del equilibrio químico lo que sucede al dejar que los dos tubos alcancen la temperatura ambiente

 Consideraciones Didácticas:

Este trabajo práctico puede considerarse una experiencia de cátedra a realizar por el profesor, dado el carácter tóxico de los gases generados.

La práctica permite demostrar de qué forma influye la temperatura en un equilibrio químico concreto. Se trata pues de una comprobación de la validez del principio de Le Chatelier que va a permitir decidir el signo entálpico del proceso.

En definitiva lo que se recoge en cada tubo de ensayo es una mezcla de los dos gases. Puede observarse que un aumento de la temperatura conlleva un oscurecimiento del color de la mezcla, lo que supone un desplazamiento del equilibrio hacia la izquierda (un aumento en la concentración de NO2 y una disminución en la concentración de N2O4). Por tanto, el proceso transcurre con una disminución de entalpía. (El valor asignado a este proceso es: D H=-57.7KJ).

Este razonamiento igualmente puede hacerse teniendo en cuenta la relación que hay entre la constante de equilibrio y la temperatura:

Keq= cte .e - D H/RT.

Si D HÐ 0, al aumentar T la constante de equilibrio disminuye lo que supone un desplazamiento del equilibrio hacia la izquierda tal y como se observa en la experiencia.

Si la formación de N2O4 transcurre con desprendimiento de energía, esta sustancia tendrá menor contenido energético y por tanto será mas estable.

La temperatura se opone a la espontaneidad de este proceso, por ello conforme esta variable aumenta el grado de disociación también lo hace . Este razonamiento es compatible con los valores de D G a distintas temperaturas:

D G = -4.79KJ/mol a 298K

D G = 8.41KJ/mol a 373K

Obsérvese que D H y D S son negativos luego los dos términos se oponen en lo que respecta a la determinación del signo del D G.

D G=D H-TD S

Al aumentar la temperatura, predomina el término entrópico sobre el entálpico y la variación de energía libre se hace positiva.

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