Equilibrio Equilibri o químico Reacciones Reaccion es directa / inversa. Una reacción reversible es aquella reacción que se puede producir en ambos sentidos: de reactivos a productos o viceversa. La reacción directa es el paso de los reactivos a productos. Cuando más productos haya es más probable que se produz-ca la reacción inversa que es una reacción en la que a partir de los productos se obtienen de nuevo los reactivos. En una ecuación química la e!istencia simultánea de reactivos y productos se representa con una doble "echa entre reactivos y productos:
#ormalmente la velocidad de la reacción directa depende de los reactivos y la velocidad de la reacción inversa de los productos. Cuando las velocidades de la reacción directa y de la reacción inversa se i$ualan la reacción parece no mostrar variaciones y se dice que ha alcanzado el equilibrio.
Un sistema en equilibrio parece que no reacciona pero como tiene dos reacciones que llevan la misma velocidad deci-mos que hay equilibrio dinámico %ya que si hay reacciones aunque no varíen las concentraciones&. 'demás para que haya equilibrio químico la variación de la ener$ía libre de (ibbs debe ser ). La velocidad de reacción de la reacción in-versa va aumentando y la velocidad de la reacción directa va disminuyendo di sminuyendo hasta que se i$ualan.
' medida que transcurre el tiempo las concentraciones de productos aumentan y las de los reactivos reactivos disminuyen disminuyen hasta alcanzar alcanzar un valor constante constante que no tiene porque porque ser i$ual para los reactivos y los productos. En ese momento se dice que se ha alcanzado el equilibrio.
Ley del equilibrio químico %o ley de acción de masas&
*elocidad de reacción para la reacción directa. *elocidad de reacción para la reacción inversa. Como estamos en un equilibrio químico las velocidades de las reacciones directa e inversa son i$uales:
+
,i
deamos las constantes n un miembro y las concentraciones d sustancias al otro nos queda que: inalmente sustituimos l primer miembro por /c %constante de equilibrio& y nos queda que:
0onemos el subíndice c porque se trata de una constante re1erida a las concentraciones.
2nterpretación de los valores de /c. ,i /c es de valor alto %tiende a in3nito& es porque el numerador es comparativamente mayor que el denominador y por ello hay más productos que reactivos y se puede decir que se trata de un equilibrio desplazado a la derecha. ,i /c es de valor bao %tiende a )& es porque el denominador es comparativamente mayor que el numerador y por ello hay más reactivos productos que productos y se puede decir que se trata de un equilibrio desplazado a la izquierda. La constante /c solo varía con la temperatura y sus unidades dependen de los e!ponentes de las concentraciones4 por ello como varían no se suelen poner sus unidades. C5C2E#6E 7E 8E'CC29#. es i$ual a /c en el caso de que estemos en condiciones de equilibrio si las condiciones no son las del equilibrio y /c no son i$uales. En el se$undo caso los sistemas reversibles evolucionan hacia un estado de equilibrio si se dan las condiciones necesarias para que este equilibrio se produzca. ,i es mayor que /c tiene que disminuir y el sistema va hacia la izquierda %y se reduce se aumenta la concentración de reactivos&. ,i es menor que /c tiene que aumentar y por ello el sistema se desplaza hacia la derecha %aumenta la concentración de productos&. Cuando se rompe un estado de equilibrio %porque a;adamos o quitemos reactivos o productos& el sistema avanza hasta un nuevo estado de equilibrio4 por eemplo si a;adimos reactivos es menor que /c y como consecuencia aumenta la cantidad de productos %y disminuye la de reactivos&.
Distintas formas de expresar la constante de equilibrio: En la reacción: <
La constante de equilibrio se puede representar: En relación a las concentraciones:
E relación a las presiones parciales: %esta solo vale para sustancias $aseosas&
En relación a las 1racciones molares:
#ota: ,i a una reacción la multiplicamos un n=mero n la constante de equilibrio aparece elevada a n. ,i la dividimos entre < %o la multiplicamos por >& la constante aparecerá elevada a > es decir se hace la raíz cuadrada. 0ara relacionar estas distintas 1ormas de e!presar la constante de equilibrio para empezar aplicamos la ecuación de estado de $ases a cada componente de la se$unda ecuación. ? nos queda que: Ecuación de estado de $ases
,i de aquí despeamos * nos queda que %cualquier reactivo o producto&.
y como n@* es i$ual a la concentración de i
.
Una vez aplicada la ecuación de estado de $ases la
7e aquí aislamos las concentraciones de 86 y nos queda:
%cBd-a-b es la variación de moles ya que es la suma de moles de productos menos los moles de reactivos& 'hora para relacionar /p con /!: racción molar
,e aplica la ecuación de estado a cada elemento %' C y 7& y a continuación se divide entre la presión total.
? como la 1racción molar es
nos queda que:
%Ley de 7alton&
'hora sustituimos en /p las presiones parciales de cada elemento por 0 6 Di:
,eparamos
las 1racciones molares y las presiones totales:
y como
nos queda que:
Equilibrios heterogneos: Las presiones parciales de sólidos y líquidos no aparecen en la constante de equilibrio re1erida a presiones. 'demás cuando en una reacción además de $ases intervienen sustancias sólidas y líquidas la concentración de las =ltimas es un valor constante que se incluye en la constante de equilibrio %por lo que no se ponen&. Conclusión en la e!presión de la constante de equilibrio hetero$Fneos no se incluyen ni sólidos ni líquidos puros.
!rado de disociaci"n. La ley de acción de masas nos in1orma a travFs del valor de la constante /c sobre el $rado en el que está desplazado el equilibrio hacia los productos. '=n así a veces es necesario de3nir otra ma$nitud cuyo valor numFrico indica de 1orma más clara dicho $rado de desplazamiento y que será el $rado de disociación. El $rado de disociación %representado por G& se puede de1inir de tres maneras: • • •
racción de mol que se disocia. #=mero de moles que se disocia por cada mol inicial. 6anto por uno de moles disociados.
#o e!iste nin$una 1órmula que relacione la constante de equilibrio y el $rado de disociación por lo que se debe encontrar una 1órmula para cada caso % publicaré ejercicios resueltos con explicaciones para explicar mejor &. #56' ' veces nos dicen que una sustancia se disocia en un ! H. En ese caso el $rado de disociación será ese n=mero ! dividido entre +)). 0ara resolver los problemas de equilibrio se usan los si$uientes cuadros:
n) Es la cantidad de moles iniciales antes de que se produzca la reacción. La cantidad de moles iniciales de los productos suele ser ). En caso de lo contrario habría que calcular primero el co-ciente de reacción y compararlo con /c para saber cuáles son los reactivos y cuáles los productos. ,i el sistema se des-plaza a la derecha la cantidad de productos aumenta y por ello los productos son los de la derecha. 0or el contrario si el sistema se desplaza I
a la izquierda los verdaderos productos son los que están a la izquierda %ya que lo que aumenta es la cantidad de reactivos&. 0ara entender esto meor ver eercicios. ? es la cantidad de moles que reacciones %podemos asi$narle la incó$nita que queramos por eemplo ! o llamarle
En la concentración que reacciona no ponemos ! sino C ) G que podemos decir que es lo mismo ya que el $rado de disociación es el tanto por + de moles disociados o que reaccionan y por ello para calcularlo dividimos la concentración de reactivo que reacciona %!& entre la cantidad que teníamos al principio:
K
