1.- EQUILIBRIO QUÍMICO.
En el tema 4 estudiamos el balance de energía de una reacción química, si era exotérmica o
endotérmica, y también estudiamos como predecir en qué sentido evolucionará espontáneamente una
reacción química, y en este tema nos dedicaremos a estudiar hasta que punto progresa una reacción
química en unas condiciones concretas dadas.
Hay reacciones que transcurren hasta completarse, es decir, hasta consumirse totalmente uno de
los reactivos. Tales reacciones se dice que son irreversibles. En
ellas separamos los reactivos de los productos por una flecha,
como por ejemplo:
2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O
la reacción entre el butano y el oxígeno progresa hasta que alguno
de estos reactivos se consume totalmente. Es decir, las cantidades
de CO2 y H2O no dejan de aumentar mientras no se agote el C4H10
o el O2.
Por el contrario, otras reacciones transcurren solo de
manera limitada, sin que ninguno de los reactivos se consuma
totalmente. Así, el hidrógeno y el yodo cerrados en un matraz
reaccionan formando yoduro de hidrógeno, pero sin llegar a
consumirse de todo. En estos casos se consigue un equilibrio
entre reactivos y productos. Dicho equilibrio se alcanza tanto a
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Tempo
Reactivos
Productos
Equilibrio
ConcentraciónQUÍMICA DE 2º BACHARELATO TEMA 5
partir de los reactivos como a partir de los productos. Por esta razón a este tipo de reacciones se les
denomina reversibles, y en ellas separamos reactivos de productos con una doble flecha:
H2 + I2 2 HI
Es importante tener en cuenta que se trata de un equilibrio dinámico, pues las moléculas siguen
reaccionando incluso una vez alcanzado el equilibrio. A pesar del cual las concentraciones se
mantienen constantes, ya que la velocidad de la reacción directa, de izquierda a derecha, es igual a la de
la reacción inversa, de derecha a izquierda. Es decir, en el equilibrio se forma yoduro de hidrógeno con
la misma velocidad con la que se descompone.
En realidad, todos los sistemas químicos cerrados alcanzan finalmente un estado de equilibrio
dinámico. Sin embargo, en algunos casos es muy difícil, incluso imposible, detectar dicho equilibrio,
debido la que las cantidades de reactivos, o de productos, presentes en el equilibrio son totalmente
insignificantes.
2.- LA LEY DE ACCIÓN DE MASAS. CONSTANTE DE EQUILIBRIO, Kc
Veamos ahora como en todo sistema químico en equilibrio las concentraciones de los reactivos
y de los productos, expresadas en moles/litro, están relacionadas por una ecuación sencilla.
Analicemos los resultados de distintos experimentos, en los que se parte de diferentes
cantidades de reactivos y productos. La reacción que tiene lugar se representa por
H2(g) + I2(g) 2 HI(g) a 450ºC
[H2]o [I2]o [HI]o [H2]eq [I2]eq [HI]eq [ ]
[ ] [ ]
2 2
2
H I
HI
1,00·10
−2
1,00·10
−2
0,00 0,21·10
−2
0,21·10
−2
1,58·10
−2
56,6
0,00 0,00 2,00·10
−2
0,21·10
−2
0,21·10
−2
1,58·10
−2
56,6
1,00·10
−2
0,00 1,00·10
−2
1,016·10
−2
0,016·10
−2
0,97·10
−2
57,9
0,00 1,00·10
−2
1,00·10
−2
0,016·10
−2
1,016·10
−2
0,97·10
−2
57,9
1,00·10
−2
1,00·10
−2
1,00·10
−2
0,315·10
−2
0,315·10
−2
2,37·10
−2
56,6
El estado de equilibrio de esta reacción homogénea se caracteriza porque las concentraciones
de cada uno de los componentes se mantienen constantes; sin embargo, las concentraciones de
equilibrio dependen de las proporciones relativas iniciales de las sustancias, como se puede observar en
la tabla.
En todos los casos se cumple que en el equilibrio:
= 57
[H ][I ]
[HI]
2 2
2
Se observa que las concentraciones de H2, I2 y HI en el equilibrio son diferentes en cada
experimento. Sin embargo, la relación
[H ][I ]
[HI]
Q =
2 2
2
llamada cociente de reacción o expresión de acción de masas, tiene, sorprendentemente, el mismo
valor en todos los experimentos. Podemos escribir que
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= 57 (a 450ºC)
[H ][I ]
[HI]
2 2
2
eq
= 57 (a 450ºC)
[H ][I ]
[HI]
K =
2 2
2
c
Esta es la ley del equilibrio químico, también llamada ley de acción de masas, para nuestro
sistema. Esta ley fue propuesta por los químicos noruegos Cato Maximilian Guldgerg y Peter Waage
en 1864, sobre la base de las ideas de Berthollet sobre las reacciones químicas reversibles. La constante
57 que caracteriza el equilibrio se denomina constante de equilibrio, se representa por Kc y su valor
no depende de las concentraciones iniciales.
La constante de equilibrio depende de la temperatura, para otro valor de la misma la constante
sería diferente, por ello hace falta especificar siempre la temperatura cuando se dé un valor de Kc.
Para una reacción cualquiera, representada por la ecuación química
aA + bB cC + dD
si el sistema se encuentra en equilibrio químico, la constante de equilibrio viene dada por
[A] [B]
[C] [D]
K =
a b
c d
c
Esta constante de equilibrio solo depende de la temperatura a la que se realiza el proceso
