Equilibrio químico - Campus Virtual FFyB

SEMINARIO 4
EQUILIBRIO QUÍMICO
1.1 Introducción.
El equilibrio químico es un estado de la reacción química en el cual existe un
cambio a nivel molecular, que macroscópicamente resulta indetectable. Todos los
equilibrios químicos son equilibrios dinámicos, en los que tienen lugar simultáneamente
una reacción directa y su inversa a la misma velocidad y no existe una conversión neta de
reactivos a productos ni de productos a reactivos. Las concentraciones netas de productos y
reactivos permanecen constantes.
1.2 Cálculo de la constante de equilibrio.
Considerando la siguiente reacción reversible:
aA + bB
cC + dD
-En el estado inicial existen sólo los reactivos A y B. La velocidad de desaparición de A y
B o de aparición de C y D es 1.
-A medida que comienzan a aparecer los productos C y D, éstos se transforman en
reactivos. La velocidad de desaparición de C y D o de aparición de A y B es 2.
-Cuando se alcanza el estado de equilibrio 1 = 2 y las concentraciones permanecen
invariantes en el tiempo.
-La relación de las concentraciones molares de productos a reactivos entonces es:
CcDd = Kc
AaBb
Kc: Constante de equilibrio de la reacción a una determinada temperatura.
-Para reacciones en las que haya reactivos o productos en fase gaseosa, también se usa la
constante de equilibrio, Kp, basada en las presiones parciales de reactivos y productos
gaseosos.
Kp = pCc. pDd
pAa. pBb
Kp y Kc están relacionadas por la siguiente ecuación matemática
Kp = Kc . (RT)n
n = diferencia entre el número de moles de productos en estado gaseoso y el número de
moles de reactivos en estado gaseoso.
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1.3 Respuesta del equilibrio químico a los cambios en las condiciones del sistema:
El equilibrio alcanzado puede ser alterado si se cambia alguna de las condiciones
experimentales: adición o eliminación de reactivos o productos,
aumento o disminución de la presión
aumento o disminución de la temperatura.
Manteniendo fija la temperatura, el cambio de las otras condiciones llevará a que el
sistema evolucione nuevamente a la condición de equilibrio que corresponde a esa
temperatura. La constante de equilibrio será la misma.
Si varía la temperatura recuerde que la constante de equilibrio se modificará.
1.3.1 Efecto de la adición o eliminación de reactivos o productos:
La relación de concentraciones fuera del equilibrio se define por el cociente de
reacción (Q).
Q = CcDd
AaBb
Al adicionar o eliminar reactivos o productos variará Q. La reacción evolucionará
para volver a la posición de equilibrio para esa temperatura.
Por lo tanto:
Si Q  K el sistema evolucionará hacia la formación de reactivos.
Si Q  K el sistema evolucionará hacia la formación de productos.
1.3.2 Cambios en la presión del sistema (sólo aplicable a las reacciones donde haya
reactivos o productos en fase gaseosa).
El aumento de presión (o reducción del volumen) en el sistema hará que éste
evolucione en el sentido en que haya menor número de moles gaseosos para minimizar el
incremento de presión. Se obtiene la respuesta inversa al disminuir la presión (o aumentar
el volumen).
1.3.3 Cambios en la temperatura.
El cambio de temperatura producirá un cambio en la constante de equilibrio.
Si la reacción es exotérmica: el aumento de temperatura producirá un
desplazamiento del equilibrio hacia la formación de reactivos, por lo que la constante de
equilibrio disminuirá. Una disminución de la temperatura desplazará el equilibrio hacia la
formación de productos, y la constante aumentará.
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Si la reacción es endotérmica: el aumento de temperatura producirá un
desplazamiento del equilibrio hacia la formación de productos, por lo que la constante de
equilibrio aumentará. Una disminución de la temperatura desplazará el equilibrio hacia la
formación de reactivos y la constante disminuye.
1.4 ¿Qué información brinda el valor de la constante de equilibrio?
Las concentraciones de los productos aparecen en el numerador de K y las
concentraciones de los reactivos en el denominador. Si los productos son relativamente
abundantes cuando la reacción alcanza el equilibrio, el numerador será grande y el
denominador tendrá un valor más pequeño. Por lo tanto, el valor de la constante de
equilibrio será grande cuando en la mezcla en el equilibrio predominen los productos. A la
inversa, cuando el numerador es pequeño y el denominador es grande, el valor de K
resultará pequeño, lo que significa que, al alcanzarse el equilibrio, en la mezcla de reacción
predominan los reactivos sobre los productos.
A partir de estas consideraciones y teniendo en cuenta valores experimentales de K,
podemos decir que:
 Valores grandes de K (mayores a 1 x 103): En el equilibrio los productos
predominan por sobre los reactivos.
 Valores intermedios de K (entre 1 x 103 y 1 x 10-3): En el equilibrio no predominan
ni los productos ni los reactivos.
 Valores pequeños de K (menores a 1 x 10-3): En el equilibrio los reactivos
predominan por sobre los productos.
1.5 Energía libre y equilibrio químico:
La energía libre que posee un sistema químico está relacionada con la composición
de la mezcla de reacción por una ecuación denominada isoterma de reacción:
G = Go + RT ln Q
En el equilibrio, G = 0 y Q = K
por lo tanto
Go = - RT lnK
Go: Energía libre estándar definida para concentraciones y presiones unitarias de
productos y reactivos a 298 K.
Cuando Go  0, K  1
En el equilibrio hay más productos que reactivos.
o
Cuando G  0, K  1
En el equilibrio hay más reactivos que productos.
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