Reacciones Químicas: Reversibles, Irreversibles y Equilibrio Químico

1. Reacciones Químicas y Ecuaciones

Una reacción química es un proceso en el que una o más sustancias, llamadas reactivos, se transforman, total o parcialmente, en otras sustancias diferentes, llamadas productos. Un ejemplo de cómo se representa una reacción química (ecuación química) es:

Cl₂ + H₂ → 2 HCl

2. Reacciones Reversibles e Irreversibles

Las reacciones irreversibles son aquellas en las que la reacción se da únicamente hacia la derecha (generación de productos). En cambio, en las reacciones reversibles, la reacción se da en ambos sentidos: hacia la derecha (formación de productos) y hacia la izquierda (regeneración de reactivos).

En cuanto a su representación, las reacciones irreversibles se representan con una sola flecha (→), mientras que las reversibles se representan con dos flechas (⇌).

3. Evolución de la Concentración

Reacción Irreversible

En una reacción irreversible, la concentración de reactivos disminuye continuamente hasta que el reactivo limitante se agota. Al mismo tiempo, la concentración de productos aumenta hasta que la reacción se detiene.

Reacción Reversible

En una reacción reversible, la concentración de reactivos disminuye y la de productos aumenta hasta que se alcanza el equilibrio químico. En este punto, las velocidades de la reacción directa e inversa se igualan, y las concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes.

4. Equilibrio Químico

El equilibrio químico es el estado en el que se encuentra una reacción reversible cuando la velocidad de la reacción directa es igual a la velocidad de la reacción inversa.

5. Equilibrio del Agua

En un sistema cerrado con agua, se establece el siguiente equilibrio:

H₂O(l) ⇌ H₂O(g)

Inicialmente, la reacción se desplaza hacia la derecha (evaporación). Alcanzado el equilibrio, la concentración de vapor de agua ([H₂O(g)]) se mantiene constante. Si se retira la tapa (sistema abierto), el agua se evaporará completamente, ya que el equilibrio no se alcanzará.

6. Evolución de Velocidades

Al inicio de una reacción reversible, la velocidad directa es máxima y la velocidad inversa es cero. A medida que la reacción avanza, la velocidad directa disminuye y la inversa aumenta, hasta que se igualan en el equilibrio químico.

7. Equilibrio Dinámico

El equilibrio químico es dinámico porque la reacción no se detiene. Continuamente, los reactivos se transforman en productos y los productos en reactivos, a la misma velocidad.

8. Observaciones del Equilibrio Químico

[Falta información de imágenes. Se necesita contexto para completar esta sección.]

9. Características del Equilibrio Químico

• Es dinámico.
• Las concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes.
• Las velocidades directa e inversa son iguales.
• Se puede alcanzar desde cualquier situación inicial.
• La constante de equilibrio (Kc) es la misma, independientemente de las concentraciones iniciales.

10. Definiciones

• Kc: Constante de equilibrio en función de las concentraciones molares.
• Kp: Constante de equilibrio en función de las presiones parciales.
• α: Grado de disociación (fracción de moles de reactivo disociados).
• Q: Cociente de reacción.
• Reacción exotérmica: Libera calor.
• Reacción endotérmica: Absorbe calor.
• Reacción homogénea: Reactivos y productos en la misma fase.
• Reacción heterogénea: Reactivos y productos en diferentes fases.

11. Interpretación de Kc

Una Kc grande indica que el equilibrio está desplazado hacia la derecha (mayor concentración de productos). Una Kc pequeña indica que el equilibrio está desplazado hacia la izquierda (mayor concentración de reactivos). Una Kc moderada indica concentraciones apreciables de reactivos y productos.

12. Relación entre Kp y Kc

Para la reacción 2 SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 SO₃(g), la relación entre Kp y Kc es: Kp = Kc(RT)^-1, donde R es la constante de los gases y T la temperatura.

13. Concentraciones Relativas

1. Kc grande: Mayor concentración de productos.
2. Kc moderada: Concentraciones similares de reactivos y productos.
3. Kc pequeña: Mayor concentración de reactivos.

14. Diferencia entre Q y Kc

Q y Kc tienen la misma expresión matemática, pero Q se calcula con concentraciones en cualquier momento, mientras que Kc se calcula con concentraciones en el equilibrio.

15. Cambios en Concentraciones

• Q = Kc: El sistema está en equilibrio, las concentraciones no cambian.
• Q < Kc: Las concentraciones de productos aumentan y las de reactivos disminuyen.
• Q > Kc: Las concentraciones de productos disminuyen y las de reactivos aumentan.