Naturaleza dinámica de equilibrio químico

Química.

El área de química te proporciona la información necesaria y comprensible para que puedas conocer la inmensa variedad de materiales que te rodean, en función de sus propiedades, composición, estructura, cambios y energía, el uso de esos materiales y sus efectos ambientales.

A la vez te ofrece desarrollar, en relación al trabajo experimental presentado bajo simulaciones, habilidades como: seguir instrucciones, realizar observaciones y mediciones, registrar resultados de experimentos simulados, analizar información y comunicar resultados. Aprenderemos así a valorar la importancia de la Química y su tecnología en beneficio del hombre y de la sociedad.

Equilibrio Químico.

El equilibrio químico es un estado en el que no se observan cambios visibles en el sistema. Sin embargo, a nivel molecular existe una gran actividad debido a que las moléculas de reactantes siguen produciendo moléculas de productos, y estas a su vez siguen formando moléculas de productos.

Cuando se alcanza el equilibrio químico las velocidades de la reacción directa ( ) e inversa ( ) son iguales y las concentraciones de los reactantes y de los productos permanecen constantes. Para que esto ocurra, la reacción debe suceder a una temperatura y presión constantes en un recipiente cerrado en el que ninguna sustancia pueda entrar o salir.

Existen diversos factores capaces de modificar el estado de equilibrio en un proceso químico, como son: la temperatura, la presión (afectando al volumen) y las concentraciones.

Naturaleza dinámica de equilibrio químico.

Cualquier sistema en equilibrio se encuentra en un estado dinámico en el cual dos o más procesos están ocurriendo a la vez y a la misma velocidad.

Los análisis químicos, las reacciones en la naturaleza y los principales procesos industriales de producción de sustancias son en su mayor parte reversibles, es decir, se desarrollan a la vez y en direcciones opuestas.

Así son, por ejemplo, la síntesis del amoníaco y del ácido sulfúrico, la solución saturada de carbonato de calcio y el equilibrio del ozono troposférico y estratosférico con el oxígeno diatónico.

Ley de acción de masa.

La ley fue enunciada en 1867 por Guldberg y Waage, y debe su nombre al concepto de masa activa, lo que posteriormente se conoció como actividad.

La ley de acción de masas establece que para una reacción química reversible en equilibrio a una temperatura constante, una relación determinada de concentraciones de reactivos y productos, tienen un valor constante.

Consideremos una reacción reversible general:

Donde A y B son los reactivos, C y D son los productos y a y b y d son los coeficientes estequiométricos en la ecuación química balanceada.

Según ley del equilibrio químico o la ley de acción de masas o las concentraciones en una mezcla en equilibrio están relacionados por la siguiente ecuación del equilibrio:

Constante de equilibrio.

Las reacciones químicas que transcurren en un recipiente cerrado pueden alcanzar un estado de equilibrio que se caracteriza porque las concentraciones de los reactivos y de los productos permanecen inalteradas a lo largo del tiempo. Es decir, bajo determinadas condiciones de presión y temperatura la reacción no progresa más y se dice que ha alcanzado el estado de equilibrio.

Estado de equilibrio.

Se denomina estado de equilibrio en el cual se encuentra un cuerpo cuando las fuerzas que actúan sobre el se compensan y anulan recíprocamente. Cuando un cuerpo está en equilibrio estático, si se lo mantiene así, sin ningún tipo de modificación, no sufrirá aceleración de traslación o rotación, en tanto, si el mismo se desplaza levemente, pueden suceder tres cosas: que el objeto regrese a su posición original (equilibrio estable), el objeto se aparte aún más de su posición original (equilibrio inestable) o que se mantenga en su nueva posición (equilibrio indiferente o neutro).

Expresión de la constante de equilibrio.

La constante de equilibrio (K) se expresa como la relación entre las concentraciones molares (mol/l) de reactivos y productos. Su valor en una reacción química depende de la temperatura, por lo que ésta siempre debe especificarse.

La expresión de una reacción genérica es:

En el numerador se escribe el producto de las concentraciones de los productos y en el denominador el de los reactivos. Cada término de la ecuación se eleva a una potencia cuyo valor es el del coeficiente estequiométrico en la ecuación ajustada.

Equilibrio heterogéneo y homogéneo.

Equilibrio heterogéneo.

El equilibrio heterogéneo nos indica que en la reacción hay distintas fases por lo que debe hacerse un tratamiento un poco diferente ya que las especies puras que están en estado líquido y solido no se incluyen dentro de la expresión de la constante de equilibrio, cuando un disolvente participa en el equilibrio, su concentración también se excluye de la expresión de la constante. En cambio las presiones parciales de los gases y las concentraciones molares de una disolución si se incluyen en la constante de equilibrio porque estas pueden variar.

Equilibrio Homogéneo.

Es aquél en que todos los participantes se encuentran en una única fase. Por lo tanto, clasificamos el sistema como siendo homogéneo.

Equilibrio múltiple.

A + B ↔C + D K’c

C + D ↔E + F Kc”

A + B ↔E + F Kc = K’c• Kc”

“Si una reacción se puede expresar como la suma de dos o más reacciones, la constante de equilibrio para la reacción global viene dada por el producto de las constantes de equilibrio de las reacciones individuales”.

Representaciones de la constante de equilibrio.

Las letras mayúsculas representan las formulas de las especies químicas y las minúsculas los números enteros mas pequeños necesarios para hacer los ajustes de la ecuación.

wW + xX yY + zZ

Ecuación de equilibrio.

Factores que afectan el equilibrio químico.

El equilibrio puede desplazarse por diversos factores, que podemos clasificar según afecten-o-no-al-valor-de-la-constante-termodinámica:

Modifican-el-valor-de-la-constante-de-equilibrio-termodinámica:

**Temperatura

**Presión

**Naturaleza del disolvente

No modifican el valor de la constante de equilibrio termodinámica:

**Actividad-del-disolvente

**Fuerza-iónica

**Reacciones laterales

Cálculos-en-el-equilibrio

El cálculo de las concentraciones en el equilibrio requiere el planteamiento de un sistema de ecuaciones con tantas ecuaciones como especies existan en el equilibrio. Las ecuaciones del sistema proceden de:

**Las-constantes-de-equilibrio.

**Los-balances-de-masas.

**El balance de cargas si es necesario

Principio de Le Chatelier.

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.

Con base en observaciones experimentales, Le Chatelier expresó un principio simple que permite estimar los efectos sobre un estado de equilibrio.

Principio de Le Chatelier: Cuando una reacción en equilibrio sufre una alteración de condiciones, las proporciones de los reactivos y de los productos se ajustan de manera de minimizar el efecto de la alteración.

• Efecto de la Concentración

Las variaciones en las concentraciones de las diversas especies que intervienen en el equilibrio químico pueden alterarlo. El principio de Le Chatelier explica este hecho considerando que, para un sistema en equilibrio químico, la variación de concentración de uno de los componentes constituye una fuerza.

• Efecto de la Presión

Los cambios de presión pueden ejercer considerable efecto sobre la posición de equilibrio, o casi ningún efecto en absoluto. Por ejemplo, un aumento en la presión de un sistema en que ocurre el siguiente equilibrio.

• Efecto de la Temperatura

Si en el sistema donde sucede una reacción se eleva la temperatura, la reacción se trasladará hacia el lado que absorba calor (reacción endotérmica). Por otro lado, si la temperatura disminuye, la reacción se trasladará para el lado que desprenda calor (reacción exotérmica).

• Efecto de la Catálisis

El principio de Le Chatelier ignora la presencia del catalizador. Lo que sucede es que la velocidad de reacción aumenta con la acción del catalizador porque el abrevia el tiempo necesario para que el sistema alcance el equilibrio. El no modifica la posición de equilibrio, pues tanto la reacción directa como la inversa son catalizadas en la misma extensión ya que el no sufre una transformación permanente en el curso de la reacción. El participa de la reacción formando sustancias intermedias que reaccionan inmediatamente regenerando el catalizador. Esto puede ser demostrado por las ecuaciones.

Relación entre el cambio de energía libre y la constante de equilibrio.

La ley del equilibrio químico impone una condición a las sustancias que se encuentran en el sistema. Dichas sustancias reaccionarán en un

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