Tabla RICE

Una tabla ICE , cuadro RICE o diagrama RICE es un sistema tabular para registrar los cambios de concentración en una reacción de equilibrio . Esto incluye la vaporización , el pH y la solvatación . ICE significa inicial, cambio, equilibrio . Se utiliza en química para registrar los cambios en la cantidad de sustancia de los reactivos y también para organizar un conjunto de condiciones con las que se desea resolver una reacción. ^{[ 1 ]} Algunas fuentes se refieren a una tabla RICE (o cuadro o diagrama) donde la R añadida representa la reacción a la que se refiere la tabla. ^{[ 2 ]} Otras simplemente la llaman tabla de concentración (para el equilibrio ácido-base). ^{[ 3 ]}

Ejemplo

Para ilustrar los procesos, consideremos el caso de disolver un ácido débil , HA, en agua. El pH se puede calcular utilizando una tabla ICE. En este ejemplo, se supone que el ácido no es muy débil y que la concentración no es muy diluida, por lo que se puede despreciar la concentración de iones [OH⁻ ^] . Esto equivale a suponer que el pH final será inferior a 6 aproximadamente. Para más detalles, consulte los cálculos de pH .

Primero, se escribe la expresión de equilibrio. ${\ce {HA<=>{A^{-}}+{H+}}}$ Las columnas de la tabla corresponden a las tres especies en equilibrio.

La primera fila muestra la reacción.

La segunda fila, etiquetada como I, tiene las condiciones iniciales: la concentración nominal de ácido es C _a y está inicialmente sin disociar, por lo que las concentraciones de A ⁻ y H ⁺ son cero.

La tercera fila, etiquetada como C, especifica el cambio que ocurre durante la reacción. Cuando el ácido se disocia, su concentración cambia en una cantidad $-x$ ⁠ , y las concentraciones de A⁻ y H⁺ cambian en una cantidad ⁠ $+x$ Esto se deduce de la consideración del balance de masa (el número total de cada átomo/molécula debe permanecer igual) y del balance de carga (la suma de las cargas eléctricas antes y después de la reacción debe ser cero).

Los coeficientes delante de la " x " se correlacionan con las proporciones molares de los reactivos respecto al producto. Por ejemplo, si la ecuación de reacción tuviera 2 iones H ⁺ en el producto, entonces el "cambio" para esa celda sería "2 x ".

La cuarta fila, etiquetada como E, es la suma de las dos primeras filas y muestra las concentraciones finales de cada especie en equilibrio.

En la tabla se puede observar que, en equilibrio, [H ⁺ ] = x .

Para hallar x , se debe especificar la constante de disociación ácida (es decir, la constante de equilibrio para la disociación ácido-base).

$K_{\text{a}}={\frac {{\ce {[H^+][A^-]}}}{{\ce {[HA]}}}}$

Sustituya las concentraciones por los valores que se encuentran en la última fila de la tabla ICE.

$K_{\text{a}}={\frac {x^{2}}{C_{a}-x}}$

$x^{2}+K_{\text{a}}x-K_{\text{a}}C_{a}=0$

Con valores específicos para C _a y K _a, esta ecuación cuadrática se puede resolver para x . Suponiendo ^{[ a ]} que pH = −log ₁₀ [H ⁺ ], el pH se puede calcular como pH = −log ₁₀x .

Si el grado de disociación es bastante pequeño, C _a ≫ x y la expresión se simplifica a $K_{\text{a}}={\frac {x^{2}}{C_{a}}}$ y pH = 1 / 2 (p K _a − log C _a) . Esta expresión aproximada es buena para valores de p K a _mayores que aproximadamente 2 y concentraciones suficientemente altas.

Tablas RICE para solvatación

Las tablas RICE también se pueden utilizar para encontrar equilibrios de solubilidad o para encontrar la solubilidad molar de las reacciones. ^{[ 1 ]}^{[ 4 ]}

Por ejemplo, la reacción ${\ce {PbCl2{}_{(s)}<-> Pb^2+{}_{(aq)}+2Cl^- {}_{(aq)}}}$ Se proporciona. Además, se establece que K _sp (la constante del producto de solubilidad) = $1.7\times 10^{-5}$ .

Debido a que el cloruro de plomo(II) es sólido, su velocidad de reacción no depende de su concentración ; más bien, depende solo del área superficial del sólido. El área superficial se ignora porque no es relevante para la posición de equilibrio. ^{[ 5 ]} Como el cálculo es de solubilidad molar, se supone que la reacción comienza solo con reactivos (fila I). Para encontrar la fila C, establezca que x es la solubilidad molar. Este es el número de moles añadidos o sustraídos en cada lado como se indica en la sección "Ejemplo". Para el ion plomo(II), hay un mol añadido por cada mol de producto utilizado. Para el ion cloruro , hay dos moles añadidos por cada mol de producto utilizado. La fila E es simplemente I + C.

Para hallar el valor real de x, se puede utilizar la ecuación de la constante del producto de solubilidad . Esta ecuación es la molaridad (o presión parcial , para un gas) de los productos dividida entre la molaridad (o presión parcial) de los reactivos. ^{[ 4 ]}

$k_{sp}={\frac {[Pb^{2+}]\times [Cl^{-}]^{2}}{[PbCl_{2}]}}$

El siguiente paso consiste en sustituir las variables de la fila E de la tabla RICE, junto con la constante del producto de solubilidad dada.

$1.7\times 10^{-5}={\frac {[x]\times [2x]^{2}}{[1]}}$

El divisor se establece en uno, ya que los reactivos en una ecuación de solubilidad son sólidos (ver arriba). A continuación, podemos despejar x.

$1.7\times 10^{-5}=4x^{3}$

$4.25\times 10^{-6}=x^{3}$

$x\approx 0.016$

La solubilidad molar de la reacción es 0,016 (con cifras significativas ).

Notas a pie de página explicativas

↑ Estrictamente hablando, el pH es igual a −log₁₀ {H⁺ } donde {H⁺ } es la actividad del ion hidrógeno. En soluciones diluidas, la concentración es casi igual a la actividad.

Referencias

1 2 Petrucci, Ralph H.; Harwood, William S.; Herring, F. Geoffrey (2002). Química general (8.ª ed.). Prentice Hall. págs. 648–653 . ISBN 0-13-014329-4Introduciremos un sistema tabular para llevar un registro de las concentraciones cambiantes de los reactivos y productos, que algunos denominan tabla ICE .
↑ "Tutorial sobre tablas RICE (tablas ICE) y cálculos de constantes de equilibrio" . AUS-e-TUTE : Recursos para la enseñanza y el aprendizaje de la química . AUS-e-tute (Australia) . Consultado el 9 de abril de 2021. Las tablas RICE también se conocen como tablas ICE, cuadros ICE, diagramas ICE o gráficos RICE.
↑ Ebbing, Darrell; Gammon, Steven (2016). Química general (11.ª ed.). Cengage Learning. págs. 569–601 . ISBN 978-1305580343.
1 2 Tro, Nivaldo J. (2020). Química: un enfoque molecular (Quinta ed.). Hoboken, NJ: Pearson. ISBN 978-0-13-487437-1.
↑ Zumdahl, Steven S.; Zumdahl, Susan A.; DeCoste, Donald J. (2017). Química (Décima ed.). Boston, MA: Cengage. ISBN 978-1-305-95740-4.

Enlaces externos

Portal de química

[4] Estrictamente hablando, el pH es igual a −log₁₀ {H⁺ } donde {H⁺ } es la actividad del ion hidrógeno. En soluciones diluidas, la concentración es casi igual a la actividad.

[:0-1] 1 2 Petrucci, Ralph H.; Harwood, William S.; Herring, F. Geoffrey (2002). Química general (8.ª ed.). Prentice Hall. págs. 648–653 . ISBN 0-13-014329-4Introduciremos un sistema tabular para llevar un registro de las concentraciones cambiantes de los reactivos y productos, que algunos denominan tabla ICE .

[2] "Tutorial sobre tablas RICE (tablas ICE) y cálculos de constantes de equilibrio" . AUS-e-TUTE : Recursos para la enseñanza y el aprendizaje de la química . AUS-e-tute (Australia) . Consultado el 9 de abril de 2021. Las tablas RICE también se conocen como tablas ICE, cuadros ICE, diagramas ICE o gráficos RICE.

[3] Ebbing, Darrell; Gammon, Steven (2016). Química general (11.ª ed.). Cengage Learning. págs. 569–601 . ISBN 978-1305580343.

[:1-5] 1 2 Tro, Nivaldo J. (2020). Química: un enfoque molecular (Quinta ed.). Hoboken, NJ: Pearson. ISBN 978-0-13-487437-1.

[6] Zumdahl, Steven S.; Zumdahl, Susan A.; DeCoste, Donald J. (2017). Química (Décima ed.). Boston, MA: Cengage. ISBN 978-1-305-95740-4.

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