equilibrio uimico

14.1 El concepto de equilibrio y la constante
de equilibrio
Pocas reacciones químicas se dan en una sola dirección. La mayoría son reversibles, al menos
en cierto grado. Al inicio de un proceso reversible, la reacción lleva a la formación de productos.
tan pronto como se forman algunas moléculas de producto, comienza el proceso inverso:
estas moléculas reaccionan y forman moléculas dereactivo. El equilibrio químico se alcanza
cuando las rapideces de las reacciones en un sentido y en otro se igualan, y las concentraciones
de los reactivos y productos permanecen constantes.
El equilibrio químico es un proceso dinámico. Se puede comparar con el movimiento de
los esquiadores en un centro de esquí repleto de personas, donde el número de esquiadores que
suben a la montaña por elteleférico es igual al número de esquiadores que bajan deslizándose.
Aunque hay un acarreo constante de esquiadores, la cantidad de personas que hay en la cima
y la que está en la base de la ladera no cambia.
Cabe señalar que en el equilibrio químico participan distintas sustancias como reactivos
y productos. El equilibrio entre dos fases de la misma sustancia se denomina equilibrio físicoporque los cambios que suceden son procesos físicos. La evaporación de agua en un recipiente
cerrado a una temperatura determinada es un ejemplo de equilibrio físico. En este caso, el número
de moléculas de H2o que dejan la fase líquida y las que vuelven a ella es el mismo:
H2o(l) m H2o(g)
(En el capítulo 4 se mostró que la doble flecha representa una reacción reversible.)
Aunque el estudio delequilibrio físico da información útil, como la presión de vapor
de equilibrio (vea la sección 11.8), los químicos tienen un interés especial por los procesos
químicos en equilibrio, como la reacción reversible entre el dióxido de nitrógeno (No2) y el
tetróxido de dinitrógeno (N2o4) (figura 14.1). El avance de esta reacción
N2o4(g) m 2No2(g)
puede seguirse con facilidad, ya que el N2o4 es un gasincoloro, en tanto que el No2 tiene
un color café oscuro que a veces es visible en el aire contaminado. Suponga que se inyecta
N2o4 en un matraz al vacío. El color café que aparece de inmediato indica que se han formado
moléculas de No2. El color se vuelve más intenso a medida que se disocia más N2o4 hasta
que se logra el equilibrio. Más allá de este punto no hay cambios evidentes de colorporque
las concentraciones de N2o4 y No2 permanecen constantes. también es posible alcanzar un
estado de equilibrio partiendo de No2 puro. En la medida que algunas moléculas de No2 se
combinan para formar N2o4, el color se desvanece. otra forma de crear un estado de equilibrio
es comenzar con una mezcla de No2 y N2o4 y seguir el curso de la reacción hasta que
el color ya no cambie. Estosestudios demuestran que la reacción anterior sí es reversible, ya
que un componente puro (N2o4 o No2) reacciona para formar el otro gas. Es importante tener
Agua líquida en equilibrio con su vapor
en un sistema cerrado a temperatura
ambiente.
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en cuenta que en el equilibrio no se interrumpen las conversiones de N2o4 a No2 y de No2 aN2o4. El cambio de color ya no se observa porque las dos rapideces son iguales: la remoción
de moléculas de No2 es tan rápida como su formación, y las moléculas de N2o4 se forman a la
misma rapidez con la que se disocian. La figura 14.2 resume estas tres condiciones.
La constante de equilibrio
En la tabla 14.1 se muestran algunos datos experimentales para el sistema No2–N2o4 a 25°C.
Lasconcentraciones de los gases se expresan en molaridad y se pueden calcular a partir del
número de moles de gases presentes al inicio, del número de moles en el equilibrio y del volumen
del matraz (en litros). observe que las concentraciones de equilibrio de No2 y N2o4
varían dependiendo de las concentraciones iniciales. Podemos buscar las relaciones presentes
entre [No2] y [N2o4] en equilibrio...