Equilibrio Quimico

INTRODUCCION

El equilibrio es un estado en el que no se observan cambios durante el tiempo transcurrido. Cuando una reacción química llega al estado de equilibrio, las concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes en el tiempo, sin que se produzcan cambios visibles en el sistema. Sin embargo, a nivel molecular existe una gran actividad debido a que las moléculas de reactivos siguen formando moléculas de productos, y estas a su vez reaccionan para formar moléculas de reactivos. El objetivo es el estudio de tales procesos dinámicos. Aqui se describen diferentes tipos de reacciones en equilibrio, el significado de la constante de equilibrio y su relación con la constante de velocidad, asi como los factores que pueden modificar un sistema en equilibrio.

Pocas reacciones químicas proceden en una misma dirección. La mayoría son irreversibles, al menos en cierto grado. Al inicio de un proceso reversible, la reacción procede hacia la formación de productos. Tan pronto como se forman algunas moléculas del producto, comienza el proceso inverso: estas: moléculas reaccionan y forman moléculas de reactivo. El equilibrio químico se alcanza cuando las velocidades de las reacciones directa e inversa se igualan y las concentraciones de los reactivos y productos permanecen constantes.

El equilibrio químico es un proceso dinámico. Se puede comparar con el movimiento de los esquiadores en un centro de esquí repleto de personas, donde el número de esquiadores que suben a la montaña por el teleférico es igual al número de esquiadores que bajan deslizándose. Aunque hay un acarreo constante de esquiadores, la cantidad de personas que hay en el clima y la que esta en la base de la ladera no cambia.

I. PRINCIPIOS TEORICOS

¿QUÉ ES UN EQUILIBRIO QUÍMICO?

Existen muchas reacciones químicas en las que los productos obtenidos en ellas son tan estables en las condiciones del proceso, que no ofrecen prácticamente tendencia alguna a reaccionar nuevamente entre si para regenerar los reactivos de los que proceden. Así, la reacción

NaCl + AgNO3 → NaNO3 + AgCl

es un proceso que continua hasta que precipite todo el AgCl, momento en el cual finaliza la reacción química.

A este tipo de reacciones químicas se le denomina irreversible.

Existen muchas reacciones químicas en las que no sucede esto. En ellas los productos son capaces de reaccionar entre si para regenerar los reactivos. Así, en la reacción

N2 + 3H2 ↔ 2NH3

El NH3 se descompone en H2 y N2. A este tipo de reacción química se le denomina reversible.

Al comienzo de una reacción química reversible, como las concentraciones de los reactivos son mayores que las de los productos, la velocidad directa (Vd.) será también mayor en el sentido de izquierda a derecha, es decir, de reactivos a productos; pero a medida que vaya avanzando el proceso y existan concentración considerables de productos, irá aumentando, a su vez, la reacción en sentido contrario, de derecha a izquierda, es decir, de productos a reactivos. Llegará un momento en que ambas velocidades se igualen, formándose tantas moléculas como se destruyen por unidad de tiempo, y por consiguiente, no varían las concentraciones de las sustancias que intervienen. Cuando se cumple esta circunstancia se dice que existe equilibrio químico.

El hecho de conseguir el equilibrio no supone en modo alguno que ya no exista reacciones entre las sustancias. Las dos reacciones, tanto la directa como la inversa, siguen produciéndose, pero con igual velocidad en los dos sentidos. El equilibrio químico n es un equilibrio estático, sino dinámico. En el equilibrio las condiciones macroscópicas del sistema no variarán, aunque la reacción no se detenga a nivel molecular.

De otra forma dicha, es una reacción que nunca llega a completarse, pues se produce simultáneamente en ambos sentidos (los reactivos forman productos, y a su vez, éstos forman de nuevo reactivos).

 CONSTANTE DE EQUILIBRIO (KC)

 Ley de acción de masa

Sea una reacción química reversible, homogénea y que sucede en una etapa,

A + B ↔ C + D

La Vd. = K [A] [B] y la Vi= K´ [C] [D].

Cuando se alcanza el equilibrio se cumple que:

Vd. = Vi es decir K [A] [B] = K’ [C] [D]

Expresión que nos indica que en toda reacción química reversible que transcurra en una sola etapa y en fase homogénea, una vez en equilibrio, es constante el cociente entre el producto de las concentraciones de productos de la reacción y el producto de las concentraciones de los reactivos.

Esta constante Kc, se denomina constante de equilibrio referido a concentraciones, depende de la temperatura del proceso.

Para una reacción general:

a A + b B + .... Á c C + d D + ...)

se define la constante de equilibrio (KC) de la siguiente manera:

Que es la expresión matemática de la llamada ley de acción de masas, establecida por Guldberg y Waage, que dice: Para cualquier reacción química reversible en equilibrio químico a una T dada se cumple que el producto de las concentraciones molares de los productos de reacción, dividido entre el producto de las concentraciones molares de los reactivos, elevados al coeficiente estequiométrico, es una constante, denominada constante de equilibrio.

Se denomina constante de equilibrio, porque se observa que dicho valor es constante (dentro un mismo equilibrio) si se parte de cualquier concentración inicial de reactivo o producto.

 Significado del valor de Kc

• La Kc es característica de cada reacción varía con la temperatura siendo las concentraciones medidas en el equilibrio (no confundir con las concentraciones iníciales de reactivos y productos)

• El valor de KC, dada su expresión, depende de cómo se ajuste la reacción

• El valor numérico de dicha constante es la expresión concisa de la tendencia de los reaccionantes a convertirse en productos. Así, un valor alto de K indica que el equilibrio esta muy desplazado hacia la formación de los productos, Un valor pequeño de K indica que la reacción directa apenas se realiza, siendo predominante la inversa. El valor de la constante puede variar entre límites bastante grandes:

¡ATENCIÓN!: Sólo se incluyen las especies gaseosas y/o en disolución. Las especies en estado sólido o líquido tienen concentración constante, y por tanto, se integran en la constante de equilibrio.

Ejemplo:

Tengamos el equilibrio: 2 SO2(g) + O2(g) Á 2 SO3(g). Se hacen cinco experimentos en los que se introducen diferentes concentraciones iníciales

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