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Equilibrio Quimico

En Química, se denomina Equilibrio químico al estado de una Reacción química en el que los Reactivos ya no generan más Productos. Otra manera de definirlo es: “estado en el que la velocidad de una reacción química es cero, es decir, ya no avanza”.

Reacciones Reversibles e Irreversibles

Existen dos tipos de Reacciones químicas de acuerdo con la dirección (o direcciones) en que se desarrollan: Reversibles e Irreversibles. El concepto de Equilibrio químico se aplica a las Reversibles.

Las Reacciones químicas Reversibles son aquellas en las que los Reactivos se transforman para generar Productos, pero además los Productos vuelven a interactuar para formar las sustancias principales: los Reactivos.

Hay muchas reacciones reversibles que estarán yendo de una dirección a otra: Reactivos creando Productos, Productos volviendo a Reactivos, en busca de una igualación de velocidades de reacción: velocidad directa = velocidad inversa.

Equilibrio químico en Reacción Reversible

Reacción Reversible: Reactivos Productos

Reacción directa: Reactivos --> Productos

Reacción inversa: Reactivos

Equilibrio químico: Velocidad Reacción directa = Velocidad Reacción inversa

Su punto final, es decir, el momento de detenerse, estará determinado por las condiciones: Temperatura, Presión y Volumen.

Las Reacciones químicas Irreversibles, en cambio, son las que se desarrollan hasta generar la cantidad de Productos posible, y así llegan al final, en que la velocidad de reacción es cero, sin haber más cambios en otra dirección. Estas reacciones no son estudiadas en cuestión de equilibrio, ya que no aportan más información al respecto.

Principio de Le Chatelier

De acuerdo con el Principio de Le Chatelier, las reacciones reversibles en un estado de equilibrio responderán a los cambios en las condiciones, adaptándose hasta que se alcance un nuevo estado de equilibrio químico. Así sucesivamente, cuantos cambios se hagan.

Cambios en la Temperatura

Los Cambios en la Temperatura abarcan el Calentamiento y el Enfriamiento. Se toma como ejemplo la reacción de formación del Amoniaco:

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

ΔHf = -92.6 KJ

La formación del Amoniaco, en su reacción directa, es Exotérmica. Se liberan 92.6 KJ de energía. Si la reacción se somete a enfriamiento, ésta va a responder produciendo más Amoniaco, para compensar con el calor necesario.

En cambio, si el mismo sistema donde se encuentra la reacción se pone en calentamiento, la formación de Amoniaco se entorpecerá, porque la reacción ya estaba, de hecho, caliente. Para adaptarse, la reacción va a responder en el sentido inverso, volviendo a formar el Nitrógeno (N2) y el Hidrógeno (H2) primitivos: situación que absorbe energía (Endotérmica).

Cambios en la Presión

Los Cambios en la Presión abarcan el Aumento o Presurización y la Disminución o Vacío.

CO(g) + Cl2(g) COCl2(g)

La anterior reacción expresa la formación del Fosgeno COCl2 a partir de Monóxido de Carbono CO y Cloro gaseoso Cl2. Como se observa, hay dos moles del lado de los Reactivos (1 de CO y 1 de Cl2) y un mol del lado de los productos (1 de COCl2).

Un aumento en la Presión favorecerá a la Reacción Directa, ya que cuando hay más presión, se llevará la reacción a la dirección que genere menos moles. CO(g) + Cl2(g) --> COCl2(g)

Una disminución en la Presión favorecerá a la Reacción inversa, ya que cuando hay menos presión, se llevará la reacción a la dirección que genere más moles que compensen esa liberación. COCl2(g) --> CO(g) + Cl2(g).

Cambios en el Volumen

Los Cambios en el Volumen, llamados Expansión para su aumento y Compresión para su reducción, se pueden apreciar en esta misma reacción.

CO(g) + Cl2(g) COCl2(g)

Es necesario utilizar la misma reacción que en los Cambios de Presión, ya que el Cambio de Volumen se enfoca en el mismo criterio: Cambio de moles de las sustancias.

Una Expansión o aumento en el Volumen favorecerá la reacción inversa, ya que genera más moles: 1 de CO(g) y 1 de Cl2(g). En esta dirección se alcanzará el Equilibrio Químico. COCl2(g) --> CO(g) + Cl2(g).

Una Compresión o disminución del Volumen favorecerá la reacción directa, ya que genera menos moles: 1 mol de COCl2(g).

Constante de Equilibrio Químico

La constante de Equilibrio Químico, representada con la letra “k”, es una relación o cociente que expresa en qué dirección se desarrolla con más intensidad una reacción reversible. Otra forma de decirlo es que indica qué reacción, directa o inversa, es la que tiene más impulso para llegar al equilibrio.

La constante de Equilibrio para una reacción se calcula dividiendo las Concentraciones de sus Productos entre las Concentraciones de sus Reactivos; todos los Reactivos multiplicándose, y todos los Productos multiplicándose.

Cada concentración puesta en la fórmula llevará como exponente el número de moles que participan de su respectiva especie.

Para una reacción:

A + B C + D

La constante de Equilibrio k se calculará:

k = [C]c[D]d / [A]a[B]b

Ejemplos de Equilibrio Químico

En la Reacción:

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) + Calor

Si se Aumenta la Presión, se favorecerá la reacción directa, produciéndose Amoniaco NH3, ya que del lado de los Reactivos (N2 + 3H2) hay un total de 4 moles, y del lado del Producto (2NH3) hay 2 moles.

Si se Disminuye la Presión, se favorecerá la reacción inversa. Al liberarse el sistema, la reacción se orientará  a donde haya más moles, generando los Reactivos N2 y 3H2.

Si se Aumenta la Temperatura, se favorecerá la reacción inversa, dado que el calor añadido se reúne con el Amoniaco para separarlo en sus reactivos.

Si se Disminuye la Temperatura, se favorecerá la reacción directa, ya que se orientará al sistema a reaccionar para compensar ese calor que se ha quitado.

Si se Aumenta el Volumen, se va a impulsar a la reacción inversa, para crear los Reactivos N2 + 3H2, que tienen más moles.

Si se Disminuye el Volumen, se va a impulsar a la reacción directa, para crear el producto 2NH3, que tiene menos moles.

En la Reacción:

CO(g) + Cl2(g) COCl2(g) + Calor

Si se Aumenta la Presión, se favorecerá la reacción directa, produciéndose Fosgeno COCl2, ya que del lado de los Reactivos (CO + Cl2) hay un total de 2 moles, y del lado del Producto (COCl2) hay 1 mol.

Si se Disminuye la Presión, se favorecerá la reacción inversa. Al liberarse el sistema, la reacción se orientará  a donde haya más moles, generando los Reactivos CO y Cl2.

Si se Aumenta la Temperatura, se favorecerá la reacción inversa, dado que el calor añadido se reúne con el Fosgeno para separarlo en sus reactivos.

Si se Disminuye la Temperatura, se favorecerá la reacción directa, ya que se orientará al sistema a reaccionar para compensar ese calor que se ha quitado.

Si se Aumenta el Volumen, se va a impulsar a la reacción inversa, para crear los Reactivos CO + Cl2, que tienen más moles.

Si se Disminuye el Volumen, se va a impulsar a la reacción directa, para crear el producto COCl2, que tiene menos moles.

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Por : Morris

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