Tema 54 (3962)
Equilibrio Químico. Constante de Equilibrio. Modificaciones Externas de los equilibrios.
Equilibrios heterogéneos.
Índice
I. Introducción .......................................................................................................................... 2
II. Desarrollo .............................................................................................................................. 2
1. Equilibrio Químico ............................................................................................................. 2
2. Constante de equilibrio ..................................................................................................... 3
2.1. Ley de Acción de Masas ............................................................................................ 3
2.2. Influencia de la temperatura ..................................................................................... 4
2.3. Otras expresiones para la constante de equilibrio ................................................... 5
2.4. Constante de equilibrio y Actividad .......................................................................... 7
2.5. Evolución hacia el equilibrio...................................................................................... 7
2.6. Equilibrios múltiples .................................................................................................. 8
2.7. Aproximación termodinámica al estado de equilibrio .............................................. 8
2.8. Estudio cuantitativo del equilibrio ............................................................................ 9
3. Modificaciones Externas del Equilibrio ........................................................................... 10
3.1. Principio de Le Chatelier.......................................................................................... 10
3.2. Efecto de la Concentración ..................................................................................... 10
3.3. Efecto de la presión ................................................................................................. 11
3.4. Efecto de la Temperatura ........................................................................................ 11
3.5. Efecto de Catalizadores ........................................................................................... 12
3.6. Adición de gases inertes .......................................................................................... 12
4. Equilibrios Heterogéneos ................................................................................................ 12
4.1. Equilibrio Líquido – vapor........................................................................................ 14
4.2. Desplazamiento del equilibrio de solubilidad .............................................................. 14
III. Conclusión ....................................................................................................................... 16
, I. Introducción
El equilibrio, del latín “aequilibrium” que se compone de “aequus” que significa “igual”, “libra”
o “balanza”. Es algo que todo ser humano busca en cualquier ámbito de su vida. Por ejemplo,
busca un trabajo con el que desarrollarse a sí mismo y a su economía, y que su vez, le permita
disponer de tiempo libre con el que disfrutar la vida. Este, como muchos otros ejemplos,
permiten afirmar que la vida es una constante búsqueda de equilibrio.
En Química, como no podía ser menos, también se busca el equilibrio ya sea por razones
termodinámicas, o cinéticas, relacionadas con la velocidad de una reacción. Aunque se puede
conseguir el equilibrio químico de muchas formas como se va a estudiar en este tema, donde se
encuentran los diferentes aspectos relacionados con el equilibrio químico y los factores que
dependen de que se alcance y bajo qué condiciones.
Todos los equilibrios químicos tendrán un denominador común, puesto que va a depender de la
espontaneidad o no del proceso del que se trate, por lo que se puede deducir que no todos los
procesos van a conseguir un equilibrio químico, más característico de los procesos reversibles y
dependiente de varios factores como la presión o la temperatura.
II. Desarrollo
1. Equilibrio Químico
La transformación de una o varias sustancias (reactivos) en otras distintas (productos)
constituye una reacción química. Estas reacciones se pueden dar en un sentido y en el inverso,
cuando la reacción en un sentido se iguala a la inversa, se dice que la reacción está en equilibrio
químico. Como en la siguiente reacción:
𝑃𝐶𝑙5 (𝑔) ⇌ 𝑃𝐶𝑙3 (𝑔) + 𝐶𝑙2 (𝑔)
Otra interpretación del equilibrio químico está basada en la velocidad de la reacción, ya que se
considera que se ha alcanzado el equilibrio cuando la velocidad de transformación directa e
inversa se igualan y la composición de la mezcla de reacción es constante. Esta interpretación
enriquece el concepto termodinámico, dado que el equilibrio químico es un proceso dinámico
, en el que lo reactivos se transforman en productos, pero a su vez los productos reaccionan entre
ellos para dar estos reactivos, siendo el balance neto cero y la composición de la mezcla
constante.
La mayor o menor rapidez con que se transforman los reactivos en los productos, en una
reacción química, viene expresada por la velocidad de la reacción la cual se indica por el cociente
de la variación de la concentración de reactivos (negativo) o productos (positivo) entre respecto
del tiempo
𝑑 [𝑋]
𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 =
𝑑𝑡
La expresión entre corchetes significa concentración de X, siendo X una de las sustancias
intervinientes en la reacción.
2. Constante de equilibrio
2.1. Ley de Acción de Masas
La velocidad de la reacción puede obtenerse mediante la ley de acción de masas, la cual
establece: “La velocidad de una reacción química es proporcional al producto de las masas
activas de las sustancias reaccionantes”, entendiendo como masa activa a la concentración.
La aplicación de la Ley de Acción de Masas a un proceso químico permite expresar su velocidad
de reacción en cada momento, y , también, hallar la relación entre la concentración de las
sustancias en un instante dado y la existente en el momento inicial en que comienza la reacción.
Así para la reacción tipo:
𝑎𝐴 + 𝑏𝐵 → 𝑐𝐶
variando las concentraciones iniciales de los reactivos (A y B), se puede determinar
experimentalmente la expresión matemática que relaciona la velocidad con dichas
concentraciones. Esta expresión suele tener la forma
𝑣𝑑 = 𝑘𝑑 ∙ [𝐴]𝛼 [𝐵]𝛽
El exponente 𝛼 se llama orden de la reacción respecto al reactivo A. Asimismo, el exponente 𝛽
es el orden de la reacción respecto al reactivo B. La suma de todos los exponentes 𝛼 + 𝛽, los
cuales no tienen por qué ser iguales ni coincidir con el coeficiente estequiométrico ni ser
números enteros, se llama orden total de la reacción.
La constante k que figura en la ecuación de velocidad se denomina constante de velocidad. Su
valor es característico para cada reacción y varía con la temperatura. Las unidades dependerán
del orden de la reacción.
Equilibrio Químico. Constante de Equilibrio. Modificaciones Externas de los equilibrios.
Equilibrios heterogéneos.
Índice
I. Introducción .......................................................................................................................... 2
II. Desarrollo .............................................................................................................................. 2
1. Equilibrio Químico ............................................................................................................. 2
2. Constante de equilibrio ..................................................................................................... 3
2.1. Ley de Acción de Masas ............................................................................................ 3
2.2. Influencia de la temperatura ..................................................................................... 4
2.3. Otras expresiones para la constante de equilibrio ................................................... 5
2.4. Constante de equilibrio y Actividad .......................................................................... 7
2.5. Evolución hacia el equilibrio...................................................................................... 7
2.6. Equilibrios múltiples .................................................................................................. 8
2.7. Aproximación termodinámica al estado de equilibrio .............................................. 8
2.8. Estudio cuantitativo del equilibrio ............................................................................ 9
3. Modificaciones Externas del Equilibrio ........................................................................... 10
3.1. Principio de Le Chatelier.......................................................................................... 10
3.2. Efecto de la Concentración ..................................................................................... 10
3.3. Efecto de la presión ................................................................................................. 11
3.4. Efecto de la Temperatura ........................................................................................ 11
3.5. Efecto de Catalizadores ........................................................................................... 12
3.6. Adición de gases inertes .......................................................................................... 12
4. Equilibrios Heterogéneos ................................................................................................ 12
4.1. Equilibrio Líquido – vapor........................................................................................ 14
4.2. Desplazamiento del equilibrio de solubilidad .............................................................. 14
III. Conclusión ....................................................................................................................... 16
, I. Introducción
El equilibrio, del latín “aequilibrium” que se compone de “aequus” que significa “igual”, “libra”
o “balanza”. Es algo que todo ser humano busca en cualquier ámbito de su vida. Por ejemplo,
busca un trabajo con el que desarrollarse a sí mismo y a su economía, y que su vez, le permita
disponer de tiempo libre con el que disfrutar la vida. Este, como muchos otros ejemplos,
permiten afirmar que la vida es una constante búsqueda de equilibrio.
En Química, como no podía ser menos, también se busca el equilibrio ya sea por razones
termodinámicas, o cinéticas, relacionadas con la velocidad de una reacción. Aunque se puede
conseguir el equilibrio químico de muchas formas como se va a estudiar en este tema, donde se
encuentran los diferentes aspectos relacionados con el equilibrio químico y los factores que
dependen de que se alcance y bajo qué condiciones.
Todos los equilibrios químicos tendrán un denominador común, puesto que va a depender de la
espontaneidad o no del proceso del que se trate, por lo que se puede deducir que no todos los
procesos van a conseguir un equilibrio químico, más característico de los procesos reversibles y
dependiente de varios factores como la presión o la temperatura.
II. Desarrollo
1. Equilibrio Químico
La transformación de una o varias sustancias (reactivos) en otras distintas (productos)
constituye una reacción química. Estas reacciones se pueden dar en un sentido y en el inverso,
cuando la reacción en un sentido se iguala a la inversa, se dice que la reacción está en equilibrio
químico. Como en la siguiente reacción:
𝑃𝐶𝑙5 (𝑔) ⇌ 𝑃𝐶𝑙3 (𝑔) + 𝐶𝑙2 (𝑔)
Otra interpretación del equilibrio químico está basada en la velocidad de la reacción, ya que se
considera que se ha alcanzado el equilibrio cuando la velocidad de transformación directa e
inversa se igualan y la composición de la mezcla de reacción es constante. Esta interpretación
enriquece el concepto termodinámico, dado que el equilibrio químico es un proceso dinámico
, en el que lo reactivos se transforman en productos, pero a su vez los productos reaccionan entre
ellos para dar estos reactivos, siendo el balance neto cero y la composición de la mezcla
constante.
La mayor o menor rapidez con que se transforman los reactivos en los productos, en una
reacción química, viene expresada por la velocidad de la reacción la cual se indica por el cociente
de la variación de la concentración de reactivos (negativo) o productos (positivo) entre respecto
del tiempo
𝑑 [𝑋]
𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 =
𝑑𝑡
La expresión entre corchetes significa concentración de X, siendo X una de las sustancias
intervinientes en la reacción.
2. Constante de equilibrio
2.1. Ley de Acción de Masas
La velocidad de la reacción puede obtenerse mediante la ley de acción de masas, la cual
establece: “La velocidad de una reacción química es proporcional al producto de las masas
activas de las sustancias reaccionantes”, entendiendo como masa activa a la concentración.
La aplicación de la Ley de Acción de Masas a un proceso químico permite expresar su velocidad
de reacción en cada momento, y , también, hallar la relación entre la concentración de las
sustancias en un instante dado y la existente en el momento inicial en que comienza la reacción.
Así para la reacción tipo:
𝑎𝐴 + 𝑏𝐵 → 𝑐𝐶
variando las concentraciones iniciales de los reactivos (A y B), se puede determinar
experimentalmente la expresión matemática que relaciona la velocidad con dichas
concentraciones. Esta expresión suele tener la forma
𝑣𝑑 = 𝑘𝑑 ∙ [𝐴]𝛼 [𝐵]𝛽
El exponente 𝛼 se llama orden de la reacción respecto al reactivo A. Asimismo, el exponente 𝛽
es el orden de la reacción respecto al reactivo B. La suma de todos los exponentes 𝛼 + 𝛽, los
cuales no tienen por qué ser iguales ni coincidir con el coeficiente estequiométrico ni ser
números enteros, se llama orden total de la reacción.
La constante k que figura en la ecuación de velocidad se denomina constante de velocidad. Su
valor es característico para cada reacción y varía con la temperatura. Las unidades dependerán
del orden de la reacción.
