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Equilibrio químico
Tercero medio - Actividad Nº 45

 
 
 
 
 
 
 
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 Equilibrio químico
 
 

 
 
 
 
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1.- ¿Qué es el equilibrio químico?

Para que un sistema alcance el equilibrio termodinámico, debe lograr un estado de equilibrio térmico, mecánico y material.

El equilibrio térmico se genera cuando el sistema está a la misma temperatura con otro o con los alrededores.

El equilibrio mecánico se produce cuando las fuerzas que actúan sobre el sistema y las existentes en su interior se equilibran. Lo anterior, se relaciona con la presión.

En el equilibrio material no se observa ningún cambio neto de las propiedades macroscópicas del sistema; sin embargo, a nivel molecular continúa el movimiento, es decir, el equilibrio químico es dinámico.

equilibrio_quimco_1.jpg (642×202)

Se asume generalmente que las reacciones químicas evolucionan en un solo sentido o dirección, desde los reactivos hacia los productos, pero no siempre es así.

Una reacción irreversible ocurre en forma espontánea hacia los productos, teniendo un sentido preferente de reacción, mientras que una reacción reversible puede ocurrir en ambos sentidos: una reacción directa y reacción inversa:

 

equilibrio_quimco_2.jpg (314×45)

 

Se tiene la idea de que todas las reacciones químicas que se producen de forma espontánea alcanzan un 100% de avance, lo que puede suceder si alguno de los productos es gaseoso y se escapa del sistema de reacción; sin embargo, si la reacción se realiza en un sistema cerrado y es reversible, no se consigue la transformación total de los reactivos en productos, por lo tanto, una fracción de reactivos reaccionará y tanto reactivos como productos tenderán a alcanzar una concentración constante en el equilibrio químico.

Todo sistema fuera del equilibrio tiende a alcanzar una energía libre de Gibbs mínima.

El equilibrio químico es molecularmente un equilibrio dinámico. Esto significa que desde el punto de vista cinético, la velocidad de la reacción directa es igual a la velocidad de la reacción inversa, y desde un punto de vista termodinámico, no se observa cambio macroscópico neto, aunque a nivel microscópico continúa la acción.

El equilibrio es independiente de la dirección desde la cual se alcanza. Una vez que se consigue, las concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes, siempre que la temperatura se mantenga constante.

 

equilibrio_quimco_3.jpg (396×342)

 

2.- ¿Qué indica la constante de equilibrio?

El equilibrio de una reacción se puede cuantificar calculando el valor numérico de la constante de equilibrio (Keq).

La constante de equilibrio corresponde al cociente entre los productos y los reactantes, que permite calcular las concentraciones de reactivos y productos cuando se ha establecido el equilibrio, y predice la dirección en la que se llevará a cabo una reacción hasta alcanzar el equilibrio.

En 1864 los científicos C.M. Guldberg y P. Waage, postularon la ley de acción de masas, que expresa la relación entre las concentraciones (expresadas como presiones parciales en el caso de los gases y como concentración molar en el de las disoluciones) de los reactivos y productos en el equilibrio de cualquier reacción.

 

equilibrio_quimco_4.jpg (642×211)

La constante de equilibrio, es adimensional, es decir, no presenta unidades aun cuando las presiones o concentraciones, según corresponda, si las poseen. Esto se debe a que los valores que se introducen en la expresión de equilibrio son, en efecto, proporciones de presión o concentración, respecto a una presión o concentración de referencia, 1 atm y 1 M respectivamente, para eliminar las unidades respectivas.

El valor de la constante de equilibrio proporciona valiosa información respecto al sentido en el que se desplaza la reacción.

 

equilibrio_quimco_5.jpg (642×266)

 

 

3.- ¿Qué tipo de equilibrios hay?

Se reconocen en general dos tipos de equilibrios químicos, los homogéneos y los heterogéneos.

Los equilibrios homogéneos se establecen en aquellas reacciones en que todas las especies del sistema se encuentran en la misma fase o estado de agregación.

 

N2(g) + 3H2(g)  ↔  2NH3(g)

 

Los equilibrios heterogéneos se obtienen cuando todas las especies que forman parte de la reacción química, no se encuentran en la misma fase o estado de agregación.

 

CaCO3(g)  ↔  CaO(s) + CO2(g)

 

4.- ¿Qué indica el cociente de reacción?

Para determinar hacia donde está favorecida una reacción química que no ha logrado el equilibrio, se utiliza el concepto de cociente de reacción (Qc), el cual no contiene los valores numéricos de las concentraciones en el equilibrio, pero se escribe de forma matemática, exactamente igual que la constante de equilibrio. Este cociente informa sobre la tendencia que sigue la reacción antes de establecerse el equilibrio químico.

Este término coincide con la expresión matemática de la constante de equilibrio (Kc); sin embargo, puede ser evaluado en cualquier momento de la reacción y para cualquier valor de las concentraciones de reactivos y productos antes del equilibrio.

El cociente de reacción es igual a la constante de equilibrio cuando el sistema alcanza el equilibrio químico, pero si el cociente de reacción es distinto a la constante de equilibrio, la reacción química neta podrá desplazarse hacia nuevas concentraciones molares en el equilibrio y conseguir recuperar el valor numérico de la constante.

 

equilibrio_quimco_6.jpg (642×243)

 


 
 
 
 
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