EQUILIBRIO QUÍMICO

UNIDAD 1 EQUILIBRIO QUÍMICO

TEMA 1.1. CONSTANTE DE EQUILIBRIO QUÍMICO

1.1.1. Clasificación de las reacciones químicas.

Toda reacción química es un fenómeno donde la materia sufre cambios en su estructura. Dichos cambios están asociados a un factor energético. En las reacciones químicas se observan sustancias de entrada (reactivos) y sustancias de salida (productos). Los productos son el resultado de la ruptura de los enlaces de los reactivos y tienen propiedades diferentes a las de los primeros.

(aA+bB)/Reactivos →(cC+dD)/Productos

Siendo:

A y B = Reactivos

C y D = Productos

a y b = Coeficientes de los reactantes

c y d = Coeficientes de los productos

Las reacciones se clasifican de diversos modos. Según el mecanismo, pueden ser:

Reacción de formación, adición, combinación o síntesis: Dos o más reactantes generan un solo producto.

N_2+H_2→NH_3

Fe+O_2→Fe_2 O_3

Reacción de descomposición, disociación o análisis: Un solo reactivo produce varios productos.

KClO_3→KCl+O_2

HgO→Hg+O_2

Reacción de sustitución o desplazamiento simple: Un elemento desplaza a un elemento de otra sustancia y ocupa su lugar. Está en función de su actividad química, es más activo, desplaza al menos activo.

Ni+CuSO_4→NiSO_4+Cu

Cl_2+KI→KCl+I_2

Reacción de doble sustitución, de doble desplazamiento o metátesis: En este caso los dos reactantes intercambian átomos.

HCl+FeS→FeCl_2+H_2 S

AgNO_3+HCl→AgCl+HNO_3

Reacción Irreversible: Son aquellas reacciones que se realizan en una sola dirección. En este caso la constante de equilibrio es muy grande. Estas reacciones jamás alcanzan el estado de equilibrio.

H_2+Na→NaH

KOH+H_2 O→KOH+H_2

Reacción Reversible: Son aquellas reacciones que se realizan en dos direcciones. Estas reacciones se caracterizan por que los productos formados inician una reacción opuesta cuya velocidad incrementa conforme se acumulan los mismos, alcanzando finalmente un valor igual al de la formación de los productos. En este momento la velocidad total se hace igual a cero y, el sistema estará en equilibrio.

CH_3 COOH+CH_3 OH↔CH_3 COOCH_3+H_2 O

O_2↔O_3

1.1.2. Definición de los conceptos de equilibrio químico y constante de equilibrio.

Equilibrio Químico

Concepto: El equilibrio químico se da en sistemas reversibles (reacción inversa), entonces las concentraciones de todas las sustancias se hacen constantes, en donde los reactantes se consumen en forma parcial, de tal modo que al final del proceso (en el equilibrio) coexisten junto con los productos. Ejemplo:

Figura 1 Equilibrio químico

En el equilibrio, coexisten las tres sustancias gaseosas, en la cual el número de moles es constante y por ello su concentración, presión permanecen constantes.

H_(2_((g)) )+Cl_(2_((g)) ) v_d¦(v_i ) ⃐ ⃑ 〖2HCl〗_((g))

Figura 2 Gráfica de equilibrio químico

Lo anterior se puede describir de la siguiente manera:

La concentración de los reactantes (H2 y Cl2) disminuye hasta alcanzar el estado de equilibrio.

La concentración del producto (HCl) aumenta hasta alcanzar el estado de equilibrio.

En teoría, toda reacción química podría efectuarse al mismo tiempo en dirección inversa, hasta cierto grado. En la práctica esto no suele ser el caso. Con frecuencia, la fuerza impulsora de una reacción favorece tanto a una dirección, que el grado de la reacción inversa es tan pequeño que es imposible de medir. La fuerza impulsora de una reacción química es el cambio de energía libre que acompaña a la reacción y es una medida exacta de la tendencia de la reacción a seguir hasta completarse. Las posibilidades son:

Cuando la magnitud de ΔGo es muy grande y el signo es negativo, la reacción directa se efectuará prácticamente hasta completarse.

Si ΔGo sólo es un poco negativa, la reacción se efectuará en menor grado hasta llegar a un punto en el que ΔG (calculada con valores de ΔGo) sea cero para cualquier reacción adicional. La reacción podría invertirse con un pequeño cambio de las concentraciones. En el último caso se dice que la reacción es termodinámicamente reversible.

Un sistema químico que ha alcanzado el estado termodinámico reversible ya no muestra reacción neta alguna, porque ΔGo = 0. Es decir, cuando dejan de producirse modificaciones en un sistema químico, se dice que se ha alcanzado el estado de equilibrio. Eso no quiere decir que no suceda nada. En realidad continúan las reacciones químicas en ambas direcciones, pero a la misma velocidad. Eso significa que cada movimiento hacia la derecha tiene un movimiento igual hacia la izquierda, lo que constituye la definición de un equilibrio dinámico. Para mayor entendimiento, se puede mencionar que:

A nivel microscópico: El equilibrio químico es dinámico, en el sentido de que tanto los reactivos como los productos se forman con la misma velocidad a la que se consumen.

A nivel macroscópico: Se caracteriza porque, a una temperatura determinada, las concentraciones de las distintas sustancias no varían con el tiempo.

En resumen, desde el punto de vista físico el equilibrio es estático, debido a que no se observan cambios macroscópicos a medida que transcurre el tiempo, por ejemplo: la concentración, presión, temperatura, etc. Desde el punto de vista químico el equilibrio es dinámico, debido

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