QUÍMICATEMA 6: “EQUILIBRIO QUÍMICO”

En este tema vamos a tratar reacciones químicas en las que no se observan cambios a medida que transcurre el

tiempo.

Equilibrio químico y la constante de equilibrio

• El equilibrio químico:

– Es un estado del sistema en los que no se observan cambios a medida que transcurre el tiempo.

– Se consigue cuando existen dos reacciones opuestas (reversibles) que transcurren a la misma velocidad.

aA + bB ↔ cC + dD

– Una vez que se alcanza el equilibrio las concentraciones de todas las especies que intervienen en el proceso permanecen constante con el tiempo.

• La constante de equilibrio:

– Ley de acción de masas: en un proceso elemental, el producto de las concentraciones en el equilibrio de los productos elevadas a sus coeficientes estequiométricos, dividido por el producto de las concentraciones de los reactivos en el equilibrio elevada a sus coeficientes estequiométricos, es una constante para cada temperatura llamada constante de equilibrio(Ke).

– La Ke mide el grado en que se produce una reacción:

• Si Ke > 1 indica que en el equilibrio la mayoría de los reactivos se

convierten en productos.

• Si Ke < 1 indica que en el equilibrio la mayoría de los productos se

convierten en reactivos.

• Si Ke = 1 indica que en equilibrio hay la misma concentración de

reactivos y productos.

– La constante de equilibrio varía con la temperatura.

– Convenios para escribir el equilibrio químico:

• La constante de equilibrio se refiere al equilibrio escrito de forma

que la reacción directa sea exotérmica a la T=298 K P=1 atm.

• La constante de equilibrio se refiere al equilibrio escrito de tal forma

que los coeficientes estequiométricos de la ecuación química

ajustada sean números enteros y con los valores menores posibles.

Relación entre las constantes de equilibrio

• Para una ecuación general:

aA + bB ↔ cC + dD

– En equilibrios químicos entre gases, la constante de equilibrio se suele

expresar en términos de presiones parciales de los gases en el

equilibrio.

Relación entre ambas constantes:

Otra forma de expresar la constante de equilibrio:

n

p cK K RT

c d

C DX a b

A B

X XK

X X

c d

c a b

C DK

A B

c d

C Dp a b

A B

P PK

P P

n

p x TK K P

– Significado de la constante de equilibrio:

• Un valor muy grande indica que la reacción está muy desplazada

hacia la derecha.

• Un valor muy pequeño indica que la reacción está muy desplazada

hacia la izquierda.

• Un valor prácticamente 1 indica que la concentraciones de los

reactivos sobrantes son del mismo orden que la de los productos.

• Cociente de reacción: cuando la reacción no se halla en equilibrio,

podremos escribir una expresión similar a la constante de equilibrio:

– Si Q < Ke la reacción se desplaza hacia la derecha.

– Si Q > Ke la reacción se desplaza hacia la izquierda.

– Si Q = Ke la reacción está en equilibrio.

c d

a b

C DQ

A B

Grado de disociación

• Es lo que se disocia de un mol de compuesto y se designa con la letra α.

• Ejemplo de problemas:

• C.I. C -

• C.Eq. C(1- α) 2C α

• C.I. C -

• C.Eq. C - x 2x

2 4( ) 2( )2g gN O NO

2 4( ) 2( )2g gN O NO

2(2c

xK

C x

2(2c

xK

C x

Principio de Lechatelier

• Un sistema en equilibrio, sometido a una perturbación externa, reacciona

en el sentido necesario para que la causa perturbadora quede parcialmente

contrarrestada.

• Factores que afectan al equilibrio:

– Adición o eliminación de un reactivo o producto: el equilibrio se

desplazará hacia donde contrarreste dicho aumento o disminución de

concentración de reactivo y producto.

– Efecto de un catalizador: el único efecto es conseguir que se alcance

antes el equilibrio, pero sin modificar el valor de la constante.

– Aumento o disminución de presión:

• Un aumento de la presión total hace que el equilibrio se desplace

hacia donde haya menos moles gaseosos.

• Una disminución de presión total hace que el equilibrio se desplace

hacia donde haya más moles gaseosos.

• Añadir un gas inerte, a volumen constante, no se modifican las

presiones parciales ni las concentraciones de las especies

reaccionantes, por lo que no tiene efecto alguno sobre la situación

en equilibrio.

– Aumento o disminución de volumen:

• Un aumento de volumen conlleva una disminución de presión y que

el equilibrio se desplaza hacia donde haya más moles gaseosos.

• Una disminución de volumen conlleva un aumento de presión y que

el equilibrio se desplace hacia donde haya menos moles gaseosos.

– Cambios de temperatura:

• Reacción exotérmica:

– Aumento de temperatura: se desplaza hacia la izquierda, para

que absorba calor.

– Disminución de temperatura: se desplaza hacia la derecha,

para que se produzca calor.

• Reacción endotérmica: lo contrario a una reacción exotérmica.

Equilibrios heterogéneos

• Cuando en la mezcla de reacción pueden distinguirse varias fases.

• Los sólidos y los líquidos no intervienen en el equilibrio porque tienen un

valor prácticamente constante y están incluidos en la constante de

equilibrio.

• Los gases intervienen en forma de sus presiones parciales en atmósferas.

• En reacciones en disolución, el disolvente tampoco aparece en la expresión

de K, siempre que la disolución sea lo suficientemente diluida.

• Las especies en disolución acuosa intervienen en forma de sus

concentraciones molares.

3( ) ( ) 2( )s s gCaCO CaO CO

2( )P COK P2CK CO

Termodinámica y constante de equilibrio

• Ecuación de Vant Hoff:

2

1 1 2

1 1ln

op

p

K H

K R T T