Reacciones químicas: para que sea posible
una reacción química, es necesaria la presencia
de dos compuestos químicos reaccionantes que
darán origen a dos o más compuestos químicos
resultantes o productos de la reacción. Estas
reacciones pueden ser reversibles o
irreversibles.
Reacciones químicas
irreversibles: Estas reacciones se
producen cuando uno o ambos compuestos químicos
reaccionantes se agotan y no es posible volver a
obtener las sustancias originales, es una
reacción que transcurre en un solo sentido ().
Reacciones químicas
reversibles: son aquellas en las que los
reaccionantes dan origen a productos que a su
vez se descomponen y dan lugar de nuevo a las
sustancias que reaccionaron inicialmente. La
reacción transcurre en ambos sentidos ().
Las reacciones reversibles pueden conducir a un
estado de equilibrio químico.
Equilibrio químico:
En la siguiente ecuación: A + B
C
+ D, al principio cuando A reacciona con B, las
concentraciones de ambos disminuyen mientras
aumentan las concentraciones de C y D.A medida
que avanza, la reacción alcanza un punto en el
cual no es posible detectar cambios netos de
concentración, las concentraciones de A y B, C y
D se estabilizan en valores específicos. En este
punto se establece el equilibrio químico.
En el equilibrio químico las velocidades de la
reacción directa ()
e inversa ()
son iguales y las concentraciones de los
reactivos y los productos permanecen constantes.
Para que esto suceda la reacción debe suceder a
una temperatura y presión constante en un
recipiente cerrado en el que ninguna sustancia
pueda entrar o salir.
Constante de equilibrio:
es una medida de posición que indica si una
reacción química está desplazada hacia los
productos (reacción directa), es decir, mayor
formación de productos; o, si está desplazada
hacia los reaccionantes o reactivos (reacción
inversa), en este caso mayor disociación de
productos para volver a formar los reaccionantes.
Cuando el cálculo de la
constante K tiene un valor mayor de 102 el
desplazamiento es hacia los productos, si el
valor de K es menor de 10-2, la reacción está
desplazada hacia los reaccionantes.
Cuando se alcanza el equilibrio químico las
moléculas de los reaccionantes y de los
productos se combinan y descomponen
continuamente dando lugar a un equilibrio
dinámico. Para que la reacción entre en
equilibrio se requiere que se desarrolle en un
sistema cerrado donde la temperatura, presión y
concentración sea constante
El cálculo de la constante de equilibrio se
realiza aplicando la siguiente ecuación, donde A
y B son las sustancias reaccionantes y AB es el
producto.
La reacción alcanza el equilibrio cuando la
velocidad hacia la derecha (Vd) es igual a la
velocidad hacia la izquierda (Vi), manteniéndose
las concentraciones de los reaccionantes (K1)
y de los resultantes (K2) constantes.
El cociente de dividir dos constantes es también
una constante.
Esta es la expresión matemática que define la
constante de equilibrio para todas las
reacciones donde se establece el equilibrio, se
conoce como Ley del equilibrio químico.
La Ley del equilibrio químico se enuncia de la
siguiente manera: “En un sistema de equilibrio,
el producto de las concentraciones (mol/L) de
las sustancias resultantes, entre el producto de
las sustancias reaccionantes, cada una de ellas
elevada a una potencia igual al número de moles
que intervienen en la reacción, es un valor
constante para cada temperatura”.
El rango del valor de K sirve para predecir el
comportamiento del sistema en equilibrio. (ver
tabla)
Rango de K
Desplazamiento del sistema.
K > 1
Se favorece la reacción directa
K < 1
Se favorece la reacción inversa
K = 1
Ambas reacciones son iguales.
Algunos ejemplos de la aplicación práctica de
esta ecuación se muestran a continuación:
Para la siguiente ecuación escribir la expresión
de la constante de equilibrio:
A cierta temperatura, la reacción gaseosa:
Produce las siguientes concentraciones :
Obtener el valor de K.
K = 1,344 Siendo K > que 1 esto indica que la
reacción está desplazada a la derecha.
El principio de Le
Chatelier: Un sistema alcanza el
equilibrio cuando la velocidad de la reacción
directa se hace igual a la velocidad de la
reacción inversa. Este equilibrio es muy
sensible a cambios de presión, temperatura y
concentración. En 1888 el químico francés Henry
Louis Le Chatelier, enunció este principio que
lleva su nombre y que comprende a la vez
variaciones de presión, temperatura y
concentración.
Elevación de la
temperatura
Aumento de presión
Aumento de la [N2O4]
“Cuando sobre un sistema
en equilibrio se produce un cambio de presión,
temperatura o concentración, el equilibrio se
desplaza en el sentido que tiende a
contrarrestarlo”.
Factores que modifican
el equilibrio químico:
Cambios de temperatura
Cambios de presión
Cambios de
concentración
Efectos de la
temperatura:La influencia de la
temperatura sobre un sistema en equilibrio está
comprendida en la Ley de Van´t Hoff, la cual
plantea lo siguiente:“Cuando se aumenta la
temperatura sobre un sistema en equilibrio, se
ve favorecida la reacción que se produce por
absorción de calor”.
En el siguiente ejemplo, al producirse la
elevación de la temperatura se ve favorecida la
reacción directa (),
porque absorbe calor, ésta es una reacción
endotérmica, donde el equilibrio se desplaza
para favorecer la formación de más productos.
Reacción endotérmica
La reacción inversa es la reacción endotérmica
en la que se absorbe calor.
En este otro ejemplo, al producirse la elevación
de la temperatura el equilibrio se desplaza
favoreciendo la reacción inversa (),
el equilibrio se desplaza para favorecer la
formación de más reaccionantes. Se cumple la Ley
de Van´t Hoff.
Efectos de la presión:
La presión es un factor que influye sobre los
sistemas gaseosos en equilibrio. La influencia
de la presión sobre un sistema en equilibrio
está comprendida en la Ley de Robin: “Cuando un
sistema está en equilibrio, un aumento de
presión favorece la reacción donde hay menor
volumen; si se disminuye la presión favorece la
reacción donde hay mayor volumen. Cuando el
volumen es igual en ambos miembros, los cambios
de presión no modifican el equilibrio”.
Ejemplo 1: Cuatro
moles de reaccionantes dan origen a dos moles
del producto, por lo que un aumento de presión
desplaza el equilibrio hacia la derecha, esto
favorece la formación de amoníaco, ya que es la
que procede con disminución de volumen.
Ejemplo 2: Si se
disminuye la presión se favorece la reacción
directa, el equilibrio se desplaza hacia donde
hay mayor volumen.
Ejemplo 3: Un aumento de la presión en
este ejemplo no produce ninguna alteración sobre
el equilibrio ya que tanto en la reacción
directa como en la inversa se producen dos
volúmenes.
No hay modificación del equilibrio, los
volúmenes son iguales en ambos miembros.
Efecto de la concentración: la influencia
de variaciones en la concentración sobre un
sistema en equilibrio está regida por la ley de
acción de masas: “La velocidad de una reacción
química es proporcional al producto de las
concentraciones molares de las sustancias
reaccionantes”.
Al aumentar la
concentración de los
reaccionantes, se forma más producto
Si en una reacción N2 + 3H2 2
NH3 aumenta la concentración del N2,
el equilibrio se desplaza hacia la derecha para
favorecer los productos. Lo mismo ocurre si se
incrementa la concentración de H2.
Después de cierto tiempo se alcanza un nuevo
estado de equilibrio de acuerdo a las nuevas
concentraciones.
Efecto de los
catalizadores: se ha determinado que los
catalizadores no tienen ningún efecto sobre la
concentración de los reaccionantes y de los
productos en equilibrio. Esto se debe a que si
un catalizador acelera la reacción directa
también hace lo mismo con la reacción inversa,
de modo que si ambas reacciones se aceleran en
la misma proporción, no se produce ninguna
alteración del equilibrio.
REFERENCIAS:
Requeijo, D. y Requeijo A. (2002). Química.
Editorial Biosfera.
Irazábal A. y de Irazábal C. (S/A). Química.
Ediciones CO-BO.
Mahan. Química. (1977). Fondo Educativo
Interamericano
).
).
Las reacciones reversibles pueden conducir a un
estado de equilibrio químico.
)
son iguales y las concentraciones de los
reactivos y los productos permanecen constantes.
Para que esto suceda la reacción debe suceder a
una temperatura y presión constante en un
recipiente cerrado en el que ninguna sustancia
pueda entrar o salir.
