Fundamentos del Equilibrio Químico y Factores que lo Modifican

Conceptos Fundamentales del Equilibrio Químico

Tipos de Reacciones

Reacción Directa (Irreversible)

Transformación desde los reactivos hacia los productos.

Reacción Inversa (Reversible)

Se produce también desde los productos hacia los reactivos.

Equilibrio Químico

Se define como un equilibrio dinámico, porque los procesos directo e inverso están transcurriendo de forma continuada y a la misma velocidad.

Es un estado de un sistema químico que se alcanza a cada temperatura, para unos valores determinados de las concentraciones.

Ley de Acción de Masas

Para una reacción reversible y en equilibrio, el cociente entre las concentraciones molares de los productos elevadas a sus correspondientes coeficientes estequiométricos y las concentraciones de los reactivos elevadas a los suyos es una constante, cuyo valor solo depende de la temperatura.

K_c: Constante de Equilibrio

Es la constante de equilibrio en función de las concentraciones de reactivos y productos.

Interpretación de K_c

• Si K_c > 1, la reacción está desplazada hacia los productos (derecha). Si K_c → ∞, la reacción se considera prácticamente completa hacia los productos.
• Si K_c < 1, la reacción está desplazada hacia los reactivos (izquierda).

Cociente de Reacción (Q_c)

Magnitud que sirve para determinar si una mezcla de sustancias está o no en equilibrio químico. Se calcula con concentraciones que no están necesariamente en equilibrio.

Interpretación de Q_c

• Si Q_c < K_c, el sistema evolucionará hacia los productos para alcanzar el equilibrio.
• Si Q_c > K_c, el sistema evolucionará hacia los reactivos para alcanzar el equilibrio.
• Si Q_c = K_c, el sistema está en equilibrio.

Equilibrio en Varias Etapas

Si una reacción se puede obtener por suma de dos o más reacciones, la constante de equilibrio para la reacción global será el producto de las constantes de equilibrio de las reacciones parciales.

Grado de Disociación (α)

Es el tanto por uno o el tanto por ciento de moles disociados en un equilibrio.

Rendimiento de una Reacción Química

Grado de desplazamiento del equilibrio hacia los productos.

Alteración del Equilibrio Químico

Principio de Le Châtelier

Si en un sistema en equilibrio se introduce una perturbación externa que altere el equilibrio, este sistema evolucionará en el sentido que tienda a contrarrestar la perturbación introducida.

Factores que Afectan al Equilibrio

Variación de la Concentración

Cuando a un sistema en equilibrio se le añade una cantidad de una de las sustancias presentes en él, el equilibrio se desplazará en el sentido que consuma la sustancia añadida. Y viceversa, si retiramos una de las sustancias, el equilibrio se desplazará en el sentido en que esta se forme.

Variación de Presión y Volumen (en sistemas gaseosos)

• Cuando se aumenta la presión del sistema (generalmente por disminución del volumen), el equilibrio se desplaza hacia donde menor sea el número de moles de especies gaseosas.
• Si disminuimos la presión (generalmente por aumento del volumen), el equilibrio se desplazará hacia donde mayor sea el número de moles de especies gaseosas.
• Si en el proceso no hay variación en el número de moles de gases (Δn_gas = 0), el equilibrio no se ve afectado por los cambios de presión o volumen.

Adición de un Gas Inerte

A Volumen Constante

Si el proceso es a volumen constante, al añadir un gas inerte (ej. Helio), aumentará la presión total del sistema, ya que estamos añadiendo más moléculas. Sin embargo, las presiones parciales de los gases reactivos y productos no cambian, por lo que el equilibrio no se modifica (K_c y el volumen son constantes).

A Presión Constante

Si la adición del gas inerte es a presión constante, el volumen total del sistema aumentará para mantener dicha presión. Este cambio de volumen puede desplazar el equilibrio hacia el lado de la reacción con mayor número de moles de gas, para contrarrestar la disminución de las presiones parciales.

Variación con la Temperatura

Las constantes de equilibrio (K_c y K_p) varían significativamente con la temperatura, siendo este el único factor que modifica su valor.

• Para las reacciones exotérmicas (ΔH < 0, liberan calor), K_c y K_p disminuyen al aumentar la temperatura (el equilibrio se desplaza hacia reactivos).
• Para las reacciones endotérmicas (ΔH > 0, absorben calor), K_c y K_p aumentan conforme sube la temperatura (el equilibrio se desplaza hacia productos).

Efecto de un Catalizador

La adición de un catalizador a un proceso químico no produce ningún cambio en la composición del sistema en equilibrio ni en el valor de la constante de equilibrio. Su única misión es reducir el tiempo que tarda el sistema en alcanzar el estado de equilibrio, aumentando la velocidad tanto de la reacción directa como de la inversa en la misma proporción.