En química física e ingeniería química , el grado de reacción es una cantidad que mide el grado en el que se desarrolla la reacción. Por lo general, se denota con la letra griega ξ . El grado de reacción generalmente se define de manera que tenga unidades de cantidad ( moles ). Fue presentado por el científico belga Théophile de Donder .
Definición
Considere la reacción
- A ⇌ 2 B
Suponga que una cantidad infinitesimal dξ del reactivo A cambia a B. El cambio de la cantidad de A se puede representar mediante la ecuación dn A = - dξ y el cambio de B es dn B = + 2 dξ. [1]
El alcance de la reacción se define entonces como [2] [3]
dónde denota la cantidad del i-ésimo reactivo y es el número estequiométrico [4] delreactivo. Aunque es menos común, vemos en esta expresión que dado que el número estequiométrico puede considerarse adimensional o tener unidades de moles, a la inversa, el grado de reacción puede considerarse que tiene unidades de moles o una fracción molar sin unidades. [5] [6]
El grado de reacción representa la cantidad de progreso realizado hacia el equilibrio en una reacción química . Considerando cambios finitos en lugar de cambios infinitesimales, se puede escribir la ecuación para el alcance de una reacción como
La extensión de una reacción se define como cero al comienzo de la reacción. Por tanto, el cambio de ξ es la extensión misma. Suponiendo que el sistema ha llegado al equilibrio,
Relaciones
La relación entre el cambio en la energía de reacción de Gibbs y la energía de Gibbs se puede definir como la pendiente de la energía de Gibbs representada frente a la extensión de la reacción a presión y temperatura constantes . [1]
Esta fórmula conduce a la ecuación de Nernst cuando se aplica a la reacción de oxidación-reducción que genera el voltaje de una celda voltaica . De manera análoga, se puede definir la relación entre el cambio en la entalpía de reacción y la entalpía. Por ejemplo, [7]
Ejemplo
La extensión de la reacción es una cantidad útil en cálculos con reacciones de equilibrio. Considere la reacción
- 2A ⇌ B + 3 C
donde las cantidades iniciales son , y la cantidad de equilibrio de A es 0,5 mol. Podemos calcular el grado de reacción a partir de su definición.
En lo anterior, observamos que el número estequiométrico de un reactivo es negativo. Ahora, cuando conocemos la extensión, podemos reorganizar la ecuación y calcular las cantidades de equilibrio de B y C.
Referencias
- ^ a b Atkins, Peter; de Paula, Julio (2006). Química física (8 ed.). pag. 201 . ISBN 978-0-7167-8759-4.
- ^ Lisý, Ján Mikuláš; Valko, Ladislav (1979). Príklady a úlohy z fyzikálnej chémie . pag. 593.
- ^ Ulický, Ladislav (1983). Chemický náučný slovník . pag. 313.
- ^ IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) " número estequiométrico, ν ". doi : 10.1351 / goldbook.S06025
- ^ Canagaratna, Sebastian C. (1 de enero de 2000). "El uso de la amplitud de la reacción en los cursos introductorios" . J. Chem. Educ . 77 (1): 52. doi : 10.1021 / ed077p52 . Consultado el 3 de mayo de 2021 .
- ^ Hanyak, Jr., Michael E. "¿Alcance de la reacción o eventos de reacción?" (PDF) . Departamento de Ingeniería Química, Universidad de Bucknell . 2014 . Consultado el 3 de mayo de 2021 .
- ^ Lisý, Ján Mikuláš; Valko, Ladislav (1979). Príklady a úlohy z fyzikálnej chémie . pag. 593.