Equilibrio químico

Equilibrio químico

1. Constante equilibrio químico en función de las concentraciones

   • En un sistema en equilibrio a medida que la reacción progresa, disminuye el número de sustancias de A y B, y aumenta en número de sustancias C y D. Como las sustancias C y D, no reaccionan entre sí, la reacción continua hasta que las sustancias A y B se consumen. Se dice que el mismo se encuentra desplazado hacia la derecha si hay más cantidad de productos (C y D) presentes en el mismo que de reactivos (A y B), y se encontrará desplazado hacia la izquierda cuando ocurra lo contrario. Se podrían tener, por tanto, las dos situaciones representadas en la figura. Si no se cambian las condiciones de reacción, estas concentraciones permanecen inalteradas, pues se ha conseguido alcanzar el estado de equilibrio, lo cual no quiere decir que la reacción se haya parado, ya que el estado de equilibrio es un estado dinámico permanente. Otra cuestión distinta es el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio, que puede ser mayor o menor en dependencia del tipo de reacción química. Esto hace pensar que debe existir una relación entre ellas que permanezca constante, siempre y cuando la temperatura no varíe. Fue así como Guldberg y Waage, en 1864, encontraron, de una forma absolutamente experimental, la ley que relacionaba las concentraciones de los reactivos y productos en el equilibrio con una magnitud, que se denominó constante de equilibrio. Así pues, si la reacción correspondiente se representa mediante la ecuación general: gA + jBD ↔ mC + qD
   • En el estado de equilibrio químico las concentraciones de cada una de las sustancias reaccionantes y productos permanecen constante.

2. Velocidad de reacción en un equilibrio químico

   • Todos los procesos químicos evolucionan desde los reactivos hasta la formación de productos a una velocidad que cada vez es menor, ya que a medida que transcurren, hay menos cantidad de reactivos. Por otro lado, según van apareciendo moléculas de los productos, estas pueden reaccionar entre sí y dar lugar nuevamente a reactivos, y lo hacen a una velocidad mayor, porque cada vez hay más, es decir continuamente los reactivos se están convirtiendo en productos y los productos se convierten en reactivos. El proceso continúa hasta que la velocidad de formación de los productos es igual a la velocidad de descomposición de estos para formar nuevamente los reactivos. Cuando ambas velocidades se igualan nos da la sensación de que la reacción se ha paralizado, se considera que el sistema está en equilibrio.
   • Se alcanza el equilibrio químico cuando Vd=Vi.

3. Características del estado de equilibrio químico

   • Para que un sistema alcance el equilibrio químico debe tener como condición que el proceso ocurra a una temperatura y presión constante en un sistema cerrado en el que ninguna sustancia pueda entrar o salir. Manifestándose generalmente como características:
   • No se observan cambios macroscópicos (concentración de reactivos y productos, presión de vapor, etc.).
   • Continúan produciéndose cambios microscópicos
   • Es un estado dinámico.

4. Aplicación del equilibrio químico

   • Puede usarse para predecir lo que sucederá si se cambian las condiciones de forma análoga a como las leyes de los gases pueden utilizarse para predecir el comportamiento del gas ideal en todas las condiciones. Por tanto, nos proporciona una generalización que nos permite ahorrar mucho tiempo, lo cual frecuentemente reduce la necesidad de realizar trabajos de laboratorio.

5. Tipos de equilibrio

   • Equilibrio molecular:
     • a) En la fase de gas. Motores de los cohetes. b) En síntesis industrial, tal como el amoníaco en el proceso Haber-Bosch (representado a la derecha) que se lleva a cabo a través de una sucesión de etapas de equilibrio, incluyendo procesos de absorción. c) Química de la atmósfera d) Coeficiente de distribución LogD: Importante para la industria farmacéutica, donde la lipofilia es una propiedad importante de una droga e) Cuando las moléculas a cada lado del equilibrio son capaces de reaccionar irreversiblemente en reacciones secundarias, la proporción del producto final se determina de acuerdo al principio de Curtin-Hammett.
   • Equilibrio iónico:
     • a) Extracción líquido-líquido, Intercambio iónico, Cromatografía b)producto Solubilidad c)Captación y liberación de oxígeno por la hemoglobina en la sangre d)Equilibrio ácido/base: constante de disociación ácida, hidrólisis, soluciones tampón, Indicadores, Homeostasis ácido-base e)La conocida ecuación de Nernst en electroquímica da la diferencia de potencial de electrodo como una función de las concentraciones redox. En estas aplicaciones, se utilizan términos como constante de estabilidad, constante de formación, constante de enlace, constante de afinidad, constante de asociación/disociación

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