UNIDAD IV - EQUILIBRIO QUÍMICO
Cuando se inicia una reacción química, ésta puede evolucionar de dos maneras diferentes:
I. La reacción puede desarrollarse hasta que se agote uno de los reactivos o
II. Transcurrir hasta un cierto punto en el que, aunque existan reactivos en cantidad suficiente, la reacción,
aparentemente, se detiene.
En el segundo caso se dice que el sistema formado por los reactivos, los productos y el medio de reacción ha alcanzado
un estado de equilibrio. A pesar de que un sistema químico en equilibrio parece que no se modifica con el tiempo, esto
no significa que no está ocurriendo ningún cambio.
Inicialmente los reactivos se combinan para formar los productos, pero llega un momento en que la cantidad de
producto es lo suficientemente grande como para que estos productos reaccionen entre sí, volviendo a formar los
reactivos iniciales. De esta manera transcurren simultáneamente dos reacciones, directa e inversa. No es necesario
que exista una reacción química para que exista un equilibrio químico. (Por ejemplo, las disociaciones de ácidos y
bases débiles, equilibrio entre dos fases de una sustancia)
La condición en la cual las concentraciones de todos los reactivos y productos en un sistema cerrado, dejan de cambiar
con el tiempo, se denomina Equilibrio Químico.
El equilibrio se manifiesta únicamente en reacciones reversibles. También se dice que existe un equilibrio químico
cuando reacciones opuestas avanzan a velocidades iguales; es decir que la velocidad de formación de productos a
partir de los reactivos es igual a la velocidad de formación de los reactivos a partir de los productos. Y las
concentraciones de productos y reactivos permanecen constantes.
De manera general el equilibrio se puede representar así:
Puede existir también un equilibrio entre dos fases de una misma sustancia, al cual se denomina Equilibrio Físico. Por
Ejemplo. El equilibrio que existe entre el agua liquida con su vapor.
Cuando se tiene agua líquida dentro de un recipiente cerrado, las moléculas que pasan de la fase liquida a la fase
gaseosa, ejercen una presión sobre las paredes del recipiente, lo que se conoce como presión de vapor. Todas las
sustancias volátiles poseen presión de vapor.
1.1. Propiedades del equilibrio químico.
a) Es dinámico (aunque parece en reposo)
b) Las propiedades macroscópicas permanecen constantes. ΔH, P, Color y T Cuando se alcanza el estado de
equilibrio, las propiedades observables del sistema (color, masa del reactivo sin reaccionar, temperatura, etc.),
no varían con el tiempo
c) Es reversible.
Toda situación de equilibrio se altera cuando se modifica la temperatura, pero se restablece cuando el sistema vuelve a
la temperatura original.
1.2. Condiciones para que se establezca un equilibrio químico.
Sólo puede existir equilibrio en un sistema cerrado: un sistema en el que ni la energía ni las sustancias entren o salgan
continuamente
El equilibrio se alcanza cuando los reactivos se transforman en productos con la misma velocidad que los productos
vuelven a transformarse en reactivos.
2.1 Cuando se alcanza el estado de equilibrio, las concentraciones de los reactivos y los productos se encuentran en
una relación numérica constante. Experimentalmente se comprueba que las concentraciones de las sustancias
implicadas en un sistema en equilibrio se encuentran relacionadas por la siguiente ley y expresión matemática:
Ley de acción de masas. Para una reacción reversible en equilibrio, y a una temperatura constante, una relación
determinada de concentraciones de reactivos y productos (expresada en presiones parciales en el caso de gases y
como molaridades en el caso de disoluciones acuosas), tiene un valor constante, y es representado por K. (constante
de equilibrio) Si se tiene:
A las expresiones anteriores se les conoce como expresión de la constante de equilibrio. (adimensional).
3.1. Equilibrios homogéneos y heterogéneos
, Un equilibrio es homogéneo cuando los reactivo y productos se encuentran en una misma fase (Líquido, sólido, gaseosa
o acuosa).
Un equilibrio es heterogéneo cuando al menos un reactivo o producto se encuentra en distinta fase que los otros.
Cuando se trata de un equilibrio homogéneo (en estado gaseoso o acuoso), la expresión de la constante de equilibrio es
obtenida utilizando todas las especies involucradas en el equilibrio.
Contrario cuando se trata de un equilibrio heterogéneo, las concentraciones de los sólidos puros, líquidos puros y
disolventes no se incluyen en la expresión de la constante de equilibrio.
5.1 ¿Qué indica la magnitud de la constante de equilibrio?
La constante de equilibrio indica hacia donde existe la tendencia de desplazarse el sentido de la reacción:
➔ Si K > 1, El equilibrio esta desplazado hacia los productos [Productos] > [Reactivos] (predominan los productos)
➔ Si k = 1 El equilibrio no se desplaza ni a los reactivos ni a los productos.
➔ Si K < 1, El equilibrio esta desplazado hacia los reactivos. [Reactivos] > [Productos] (predominan los reactivos).
La expresión de la Keq de una reacción escrita en un sentido es el reciproco (inverso) de la que corresponde a la
reacción escrita en sentido inverso.
La expresión de la constante depende de la estequiometría de la reacción y el valor de la constante de equilibrio,
varía únicamente con la temperatura.
Cuando en la expresión de la constante de equilibrio se utilizan las concentraciones molares de reactivos y productos,
dicha constante se conoce como Kc ; y cuando se utilizan las presiones parciales de reactivos y productos se le conoce
como Kp. Numéricamente son diferentes, pero se pueden relacionar mediante la ecuación siguiente: Kp = Kc (RT)∆n
donde R= 0.0821 (Constante de los gases), T es la temperatura a la cual se establece el equilibrio, expresada en grados
Kelvin ( grados Celsius + 273); y ∆n representa la diferencia de moles de gases de productos con respecto a los moles de
gases de reactivos.
Cuando existe igual número de moles de gases en reactivos y productos Kc=Kp
5.2 Como predecir la dirección de una reacción
Cuando una reacción no ha alcanzado su equilibrio, puede predecirse la dirección en la que procederá ésta para
alcanzarlo, mediante el denominado cociente de reacción (Q) el cual se obtiene de la misma manera que la constante
de equilibrio; con la diferencia de que en este se utilizan las concentraciones o presiones parciales de las especies
cuando aún no alcanzan el equilibrio. Dependiendo del resultado.
Si: Q > Kc ------------- La reacción procederá hacia los reactivos.
Si: Q = Kc ------------- La reacción está en equilibrio.
Si: Q < Kc ------------- La reacción procederá hacia los productos
6.1 Factores que afectan el equilibrio químico.
Los factores que afectan al equilibrio químico, están enmarcados en el llamado principio de Ley Chatelier, el cual se
enuncia de la siguiente manera: Si un sistema en equilibrio es perturbado por un cambio de temperatura, presión o
concentración de uno de sus componentes, el sistema desplazará su posición de equilibrio, de modo que se
contrarreste el efecto de la perturbación.
6.1.1 Cambio en la concentración de reactivos o productos
Si un sistema químico está en equilibrio y se agrega una sustancia (ya sea un reactivo o un producto), la reacción se
desplazará de modo tal que se reestablezca el equilibrio, consumiendo parte de la sustancia agregada. Por el contrario
eliminar una sustancia, provoca que la reacción se desplace en el sentido de que se forme mas de esa sustancia.
Ejemplo:
a) Aumentar o agregar Hidrógeno o Nitrógeno: El equilibrio se desplaza hacia la derecha, favoreciendo la
formación de productos. →
b) Aumentar o agregar Amoníaco: El equilibrio se desplaza hacia la izquierda, favoreciendo la formación de
reactivos. ←
c) Disminuir o eliminar Hidrógeno o Nitrógeno: El equilibrio se desplaza hacia la izquierda, favoreciendo la
formación de reactivos. ←
d) Disminuir o eliminar Amoníaco, El equilibrio se desplazara hacia la derecha, favoreciendo la formación de
productos.→
6.1.2 Efecto de los cambios de presión y volumen
Una reducción del volumen de un sistema en equilibrio, ocasiona un aumento de la presión total
del sistema.
De acuerdo con la ecuación general de los gases PV=nRT, la presión es
inversamente proporcional al volumen, por lo que Va > Vb y Pa < Pb
Cuando se inicia una reacción química, ésta puede evolucionar de dos maneras diferentes:
I. La reacción puede desarrollarse hasta que se agote uno de los reactivos o
II. Transcurrir hasta un cierto punto en el que, aunque existan reactivos en cantidad suficiente, la reacción,
aparentemente, se detiene.
En el segundo caso se dice que el sistema formado por los reactivos, los productos y el medio de reacción ha alcanzado
un estado de equilibrio. A pesar de que un sistema químico en equilibrio parece que no se modifica con el tiempo, esto
no significa que no está ocurriendo ningún cambio.
Inicialmente los reactivos se combinan para formar los productos, pero llega un momento en que la cantidad de
producto es lo suficientemente grande como para que estos productos reaccionen entre sí, volviendo a formar los
reactivos iniciales. De esta manera transcurren simultáneamente dos reacciones, directa e inversa. No es necesario
que exista una reacción química para que exista un equilibrio químico. (Por ejemplo, las disociaciones de ácidos y
bases débiles, equilibrio entre dos fases de una sustancia)
La condición en la cual las concentraciones de todos los reactivos y productos en un sistema cerrado, dejan de cambiar
con el tiempo, se denomina Equilibrio Químico.
El equilibrio se manifiesta únicamente en reacciones reversibles. También se dice que existe un equilibrio químico
cuando reacciones opuestas avanzan a velocidades iguales; es decir que la velocidad de formación de productos a
partir de los reactivos es igual a la velocidad de formación de los reactivos a partir de los productos. Y las
concentraciones de productos y reactivos permanecen constantes.
De manera general el equilibrio se puede representar así:
Puede existir también un equilibrio entre dos fases de una misma sustancia, al cual se denomina Equilibrio Físico. Por
Ejemplo. El equilibrio que existe entre el agua liquida con su vapor.
Cuando se tiene agua líquida dentro de un recipiente cerrado, las moléculas que pasan de la fase liquida a la fase
gaseosa, ejercen una presión sobre las paredes del recipiente, lo que se conoce como presión de vapor. Todas las
sustancias volátiles poseen presión de vapor.
1.1. Propiedades del equilibrio químico.
a) Es dinámico (aunque parece en reposo)
b) Las propiedades macroscópicas permanecen constantes. ΔH, P, Color y T Cuando se alcanza el estado de
equilibrio, las propiedades observables del sistema (color, masa del reactivo sin reaccionar, temperatura, etc.),
no varían con el tiempo
c) Es reversible.
Toda situación de equilibrio se altera cuando se modifica la temperatura, pero se restablece cuando el sistema vuelve a
la temperatura original.
1.2. Condiciones para que se establezca un equilibrio químico.
Sólo puede existir equilibrio en un sistema cerrado: un sistema en el que ni la energía ni las sustancias entren o salgan
continuamente
El equilibrio se alcanza cuando los reactivos se transforman en productos con la misma velocidad que los productos
vuelven a transformarse en reactivos.
2.1 Cuando se alcanza el estado de equilibrio, las concentraciones de los reactivos y los productos se encuentran en
una relación numérica constante. Experimentalmente se comprueba que las concentraciones de las sustancias
implicadas en un sistema en equilibrio se encuentran relacionadas por la siguiente ley y expresión matemática:
Ley de acción de masas. Para una reacción reversible en equilibrio, y a una temperatura constante, una relación
determinada de concentraciones de reactivos y productos (expresada en presiones parciales en el caso de gases y
como molaridades en el caso de disoluciones acuosas), tiene un valor constante, y es representado por K. (constante
de equilibrio) Si se tiene:
A las expresiones anteriores se les conoce como expresión de la constante de equilibrio. (adimensional).
3.1. Equilibrios homogéneos y heterogéneos
, Un equilibrio es homogéneo cuando los reactivo y productos se encuentran en una misma fase (Líquido, sólido, gaseosa
o acuosa).
Un equilibrio es heterogéneo cuando al menos un reactivo o producto se encuentra en distinta fase que los otros.
Cuando se trata de un equilibrio homogéneo (en estado gaseoso o acuoso), la expresión de la constante de equilibrio es
obtenida utilizando todas las especies involucradas en el equilibrio.
Contrario cuando se trata de un equilibrio heterogéneo, las concentraciones de los sólidos puros, líquidos puros y
disolventes no se incluyen en la expresión de la constante de equilibrio.
5.1 ¿Qué indica la magnitud de la constante de equilibrio?
La constante de equilibrio indica hacia donde existe la tendencia de desplazarse el sentido de la reacción:
➔ Si K > 1, El equilibrio esta desplazado hacia los productos [Productos] > [Reactivos] (predominan los productos)
➔ Si k = 1 El equilibrio no se desplaza ni a los reactivos ni a los productos.
➔ Si K < 1, El equilibrio esta desplazado hacia los reactivos. [Reactivos] > [Productos] (predominan los reactivos).
La expresión de la Keq de una reacción escrita en un sentido es el reciproco (inverso) de la que corresponde a la
reacción escrita en sentido inverso.
La expresión de la constante depende de la estequiometría de la reacción y el valor de la constante de equilibrio,
varía únicamente con la temperatura.
Cuando en la expresión de la constante de equilibrio se utilizan las concentraciones molares de reactivos y productos,
dicha constante se conoce como Kc ; y cuando se utilizan las presiones parciales de reactivos y productos se le conoce
como Kp. Numéricamente son diferentes, pero se pueden relacionar mediante la ecuación siguiente: Kp = Kc (RT)∆n
donde R= 0.0821 (Constante de los gases), T es la temperatura a la cual se establece el equilibrio, expresada en grados
Kelvin ( grados Celsius + 273); y ∆n representa la diferencia de moles de gases de productos con respecto a los moles de
gases de reactivos.
Cuando existe igual número de moles de gases en reactivos y productos Kc=Kp
5.2 Como predecir la dirección de una reacción
Cuando una reacción no ha alcanzado su equilibrio, puede predecirse la dirección en la que procederá ésta para
alcanzarlo, mediante el denominado cociente de reacción (Q) el cual se obtiene de la misma manera que la constante
de equilibrio; con la diferencia de que en este se utilizan las concentraciones o presiones parciales de las especies
cuando aún no alcanzan el equilibrio. Dependiendo del resultado.
Si: Q > Kc ------------- La reacción procederá hacia los reactivos.
Si: Q = Kc ------------- La reacción está en equilibrio.
Si: Q < Kc ------------- La reacción procederá hacia los productos
6.1 Factores que afectan el equilibrio químico.
Los factores que afectan al equilibrio químico, están enmarcados en el llamado principio de Ley Chatelier, el cual se
enuncia de la siguiente manera: Si un sistema en equilibrio es perturbado por un cambio de temperatura, presión o
concentración de uno de sus componentes, el sistema desplazará su posición de equilibrio, de modo que se
contrarreste el efecto de la perturbación.
6.1.1 Cambio en la concentración de reactivos o productos
Si un sistema químico está en equilibrio y se agrega una sustancia (ya sea un reactivo o un producto), la reacción se
desplazará de modo tal que se reestablezca el equilibrio, consumiendo parte de la sustancia agregada. Por el contrario
eliminar una sustancia, provoca que la reacción se desplace en el sentido de que se forme mas de esa sustancia.
Ejemplo:
a) Aumentar o agregar Hidrógeno o Nitrógeno: El equilibrio se desplaza hacia la derecha, favoreciendo la
formación de productos. →
b) Aumentar o agregar Amoníaco: El equilibrio se desplaza hacia la izquierda, favoreciendo la formación de
reactivos. ←
c) Disminuir o eliminar Hidrógeno o Nitrógeno: El equilibrio se desplaza hacia la izquierda, favoreciendo la
formación de reactivos. ←
d) Disminuir o eliminar Amoníaco, El equilibrio se desplazara hacia la derecha, favoreciendo la formación de
productos.→
6.1.2 Efecto de los cambios de presión y volumen
Una reducción del volumen de un sistema en equilibrio, ocasiona un aumento de la presión total
del sistema.
De acuerdo con la ecuación general de los gases PV=nRT, la presión es
inversamente proporcional al volumen, por lo que Va > Vb y Pa < Pb
