Establecer las condiciones que caracterizan el equilibrio químico

1. Establecer las condiciones que caracterizan el equilibrio químico.

El equilibrio químico es un estado de un sistema reaccionante en el que no se observan cambios a medida que transcurre el tiempo, a pesar de que la reacción sigue; se consigue cuando existen dos reacciones opuestas que tienen lugar simultáneamente a la misma velocidad, en pocos palabras se podría definir como, un estado en el que no se observan cambios a medida que transcurre el tiempo.

En determinadas condiciones, una reacción química reversible puede alcanzar el estado de equilibrio químico al cabo de cierto tiempo de iniciarse la reacción química. En ese momento la transformación de los sustancias reaccionantes en sustancias productos no es completa y coexisten determinadas cantidades de los ambas sustancias al mismo tiempo.

En la mayoría de las reacciones químicas los reactivos no se consumen totalmente para obtener los productos deseados, sino que, por el contrario, llega un momento en el que parece que la reacción ha concluido. Podemos comprobar, analizando los productos formados y los reactivos consumidos, que la concentración de ambos permanece constante.

Ello no significa que la reacción se haya parado ya que continuamente los reactivos se están convirtiendo en productos y llegado el momento, los productos se convierten en reactivos a la misma velocidad. Es decir:

Es importante diferenciar entre el equilibrio en términos de velocidad en el que las velocidades directa e inversa son iguales, con el equilibrio en términos de concentraciones, donde estas pueden ser, y normalmente son, distintas.

De lo anterior se puede deducir que el sistema evolucionará cinéticamente en un sentido u otro, con el fin de adaptarse a las condiciones energéticas más favorables. Cuando estas se consiguen diremos que se ha alcanzado el equilibrio ( G = 0)

El estado de equilibrio de esta reacción homogénea se caracteriza porque las concentraciones de cada uno de los componentes se mantienen constantes; sin embargo, las concentraciones de equilibrio dependen de las proporciones relativas iniciales de las sustancias

2. Enunciar la ley de acción de masa.

En 1864, los químicos noruegos Guldberg y Waage encontraron, que existía una relación constante entre las concentraciones de los productos y de los reactivos en el equilibrio. Esta ley se denominó "Ley de acción de masas" y se puede enunciar así:

“Para una reacción reversible en equilibrio químico a una temperatura dada se cumple que el producto de las concentraciones de los productos elevadas a los coeficientes estequiométricos dividido por el producto de las concentraciones de los reactivos elevadas a sus coeficientes estequiométricos es una constante”.

Sea una reacción reversible: aA + b B → c C + d D.

La relación entre las concentraciones de los productos y la de los reactivos, elevada la concentración de cada una de las especies a su respectivo coeficiente estequiometrico, tiene un valor constante a una temperatura dada; la correspondiente expresión matemática es:

Para llegar al valor de esta constante de equilibrio, las velocidades de las reacciones directa e inversa deben igualarse. No obstante, en una reacción como la indicada anteriormente, la velocidad de la reacción directa puede ser expresada por una ecuación del tipo:

Donde los coeficientes α y β no tienen por qué coincidir con los coeficientes estequiométricos respectivos a y b.

La constante de equilibrio, juega en las reacciones reversibles el mismo papel que el reactivo limitante en las reacciones irreversibles, ya que condiciona la concentración tanto de los reactivos como de los productos en el equilibrio.

3. Escribir la expresión de la acción de masa para una ecuación balanceada en términos de concentraciones molares.

4. Interpretar le valor de constante Kc (constante de equilibrio).

En el equilibrio las concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes en determinadas condiciones de presión y temperatura. A la relación que hay entre estas concentraciones, expresadas en molaridad [mol/L], se le llama constante de equilibrio.

El valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del sistema, por lo que siempre tiene que especificarse.

Conocer el valor de las constantes de equilibrio es muy importante en la industria, ya que a partir de ellas se pueden establecer las condiciones óptimas para un proceso determinado y obtener con la mayor eficiencia el producto de interés.

Cuando todos los reactivos y productos están en disolución, la constante de equilibrio se expresa en concentración molar [moles/L]. Si se encuentran en fase gaseosa es más conveniente utilizar presiones parciales (P). Los sólidos y los líquidos puros no intervienen en la constante, por considerar que su concentración permanece constante. Generalmente al valor de la constante no se le ponen unidades.

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

5. Utilizar la constante de equilibrio para calcular las concentraciones en equilibrio y viceversa.

6. Enunciar el principio de Chatelier.

En 1884 el químico francés Henri Luis Le Chatelier enunció el principio que lleva su nombre en los siguientes términos:

“Todo sistema en equilibrio químico estable sometido a la influencia de una causa exterior que tiende a hacer variar su temperatura o su condensación (presión, concentración, número de moléculas por unidad de volumen) en su totalidad o solamente en alguna de sus partes sólo puede experimentar unas modificaciones interiores que, de producirse solas, llevarían a un cambio de temperatura o de condensación de signo contrario al que resulta de la causa exterior.”

El Principio de Le Chatelier, de 1888, se refiere a que un estado de equilibrio químico es mantenido en tanto no se alteren las condiciones del sistema. Cuando se modifica algún parámetro, como por ejemplo, la presión, la temperatura o la concentración de algunas de las especies en equilibrio, este se traslada en cierta dirección (hacia los reactivos o hacia los productos) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio.

Estos cambios en los sistemas en equilibrio provocaron que Henri Louis Le Chatelier los estudiara, y estableciera que: “si un sistema en equilibrio es perturbado por un cambio de temperatura, presión o concentración, el sistema se desplazará

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