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¿Por qué es el agua no forma parte de la constante de equilibrio?

En la reacción ácido-base $$\ce{NH4+ + H2O <-> NH3 + H3O+}$$

la constante de acidez, que es una relación entre las concentraciones está dada por $$K_{\mathrm{a}}=\ce{\frac {[NH3] \cdot [H3O+]}{ [NH4+] \cdot [H2O]}}$$

Desde $\ce{[H2O]}$ es constante, se puede incluir dentro de la constante para obtener un nuevo $K_\mathrm{a}$$6.3 \times 10^{-10}$.

(Siendo una constante nos permite relacionar la concentración molar de la densidad del agua.)

Y así, aunque una cierta cantidad de agua reacciona con $\ce{NH4+}$, pero el volumen de agua varía de una manera que $\ce{[H2O]}$ todavía sería constante.

Lo que yo no entiendo es por qué la concentración molar del agua es constante. ¿Por qué no se gestiona de la misma manera como el otro reactante? Entiendo que si $\ce{H2O}$ fue el único líquido y el resto de los reactantes y de los productos eran de otro estado (gaseoso o sólido), entonces el agua podría existir solo en el vaso de precipitados y su concentración sería, por tanto, permanecen constantes, pero este no es el caso.

Que se acerca heterogeneousness. Tratando de otro valor; en la reacción de esterificación $$\mathrm{alcohol} \ce{+} \mathrm{carboxylic\:acid} \ce{<->} \mathrm{ester} + \ce{H2O}$$ $\ce{H2O}$ es considerado como un producto que la concentración no es constante, por lo que se cuenta de forma explícita en la constante de equilibrio.

Puede que la respuesta sea que $\ce{NH4+}$, $\ce{NH3}$ y $\ce{H3O+}$ se disuelven en agua, mientras que el alcohol, el ácido carboxílico, y el éster no?

Estoy en busca de una respuesta que muestra claramente que el volumen es considerado (agua o la solución), porque estoy confundido en cuanto a por qué algo o de no ser incluido en la constante de equilibrio.

11voto

Raoul Puntos 1113

Existe ninguna definición de IUPAC del $K_a$, sin embargo, muchos textos de buena reputación como fisicoquímica de Levine definen $K_a$ como:

$$\frac {a(\ce{A-})a(\ce{H3O+})}{ a(\ce{HA})a(\ce{H2O})}$$

donde "a(X)" es la actividad de la especie "X".

Entonces se pueden hacer varias aproximaciones, como aproximación de $a(\ce{H2O}) = 1$ y aproximar la actividad de los solutos como la concentración de los solutos.

Estas aproximaciones son solamente razonables en soluciones diluidas.

6voto

danivovich Puntos 3067

La concentración de agua en el agua (suena raro, pero esto es sólo el agua líquida) se encuentra de la siguiente manera:$$[\ce{H2O}]= \mathrm{\frac{1.0\frac{g}{cm^3}}{18.0148\frac{g}{mol}}}=55.5\mathrm{\frac{mol}{L}}$$

Compare esto con el habitual de las concentraciones de los reactantes y de los productos que es mucho más pequeño que eso. Por lo tanto, el cambio en la concentración de agua a través de las reacciones que tienen lugar en el agua se considera constante.

La anterior es una aproximación muy buena. Si bien es cierto que el agua de la densidad varía algunos con la temperatura, en $98~\mathrm{^\circ C}$ la densidad del agua es todavía $0.96\mathrm{\frac{g}{cm^3}}$, por lo que la concentración de agua va a ser todavía mucho más que la de cualquiera de los reactivos.

Así que, como se especula, ya sea de agua o no se considera en la constante de equilibrio depende enteramente de si o no el agua es un producto y si el agua es el disolvente.

Si el agua es el disolvente, sería muy normal ignorar el agua que es producida o el agua, que podría actuar como un reactante.

Del mismo modo, cualquier reacción que se lleva a cabo por solvolysis excluirá el disolvente de la constante de equilibrio.

También, usted dice que si el agua estuviera sola en un vaso de precipitados, entonces, obviamente, todo lo que usted tiene es el agua por lo que la concentración es constante. Considere la posibilidad de que el agua de la auto-ioniza por:$$\ce{2H2O <=> H3O+ + OH-}$$En este caso, aunque sabemos que no tenemos agua, sabemos que la concentración de las otras cosas es muy pequeño en comparación con la concentración de agua, así que simplemente se ignoran las otras cosas y beber el agua.

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