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Química General. Grupo B. Curso 1993/94

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1 2 Equilibrio Químico
12.1
12.2
12.3
12.4

La constante de equilibrio
Equilibrios entre gases
Equilibrios en disolución
Equilibrios heterogéneos

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12.1 Laconstante de equilibrio
Termodinámica y equilibrio químico. Una reacción química tiene una tendencia espontánea hacia el
equilibrio que es medida por su energía libre (∆G), la cual representa la cantidad de energía disponible para
realizar trabajo (figura 12.1).
Reactivos
Productos
a)

Productos

Reactivos
b)

Productos
Reactivos
c)

Figura 12.1. Analogía hidrostática de leenergía libre de una
reacción. Imagínese que se conectan dos depósitos de agua
∆h < 0 mediante una cañería que lleva intercalada una turbina para
producir electricidad. La cantidad de trabajo eléctrico que puede
realizar el sistema por metro cúbico de agua depende de ∆h. a)
El agua circula en el sentido en que ∆h es negativo. b) Cuando
el nivel de agua es el mismo en los dos depósitos, no se puedeobtener trabajo. El sistema está en equilibrio. Obsérvese que en
el equilibrio la cantidad total de agua no es la misma en ambos
∆h = 0
depósitos. c) Si empezamos en un punto donde ∆h es positivo,
el proceso discurriría espontáneamente en sentido contrario.
En una reacción química, ∆G depende de las actividades
de acuerdo con la ecuación
Π a ni
i = prod i
∆G = ∆G° + RTlnQ
Q =
Π a nii = react i
∆h > 0 Cuando ∆G < 0, la reacción evoluciona espontáneamente hacia
la formación de productos. Al formarse productos y desaparecer
reactivos, Q aumenta y ∆G también hasta que se hace cero.

Independientemente del punto de partida, el cociente de reacción en el equilibrio tiene, a cada temperatura,
un valor constante al que se llama constante de equilibrio (K). La relación de laconstante de equilibrio con
la energía libre normal viene dada por la expresión:
∆G° = –RT lnK
K = e–(∆G°/RT)
∆G = 0 = ∆G° + RT lnQequilibrio = ∆G° + RT lnK
De manera que la variación de la energía libre con Q se puede expresar también de la forma:
∆G = ∆G° + RT lnQ = –RT lnK + RT lnQ = RT ln (Q/K)
Proceso espontáneo hacia la formación de productos
∆G < 0
Q< K
Equilibrio químico entrereactivos y productos
∆G = 0
Q= K
Proceso espontáneo hacia la formación de reactivos
∆G > 0
Q> K
Cinética y equilibrio químico. La velocidad del proceso Reactivos → Productos disminuye conforme
se consumen los reactivos, al tiempo que aumenta la velocidad del proceso inverso Productos → Reactivos.
Cuando se igualan ambas velocidades, reactivos y productos se forman a la misma velocidad que sedestruyen, alcanzándose el equilibrio. Un equilibrio químico es dinámico.
En un proceso en fase homogénea (mezcla gaseosa o disolución) cuyo mecanismo conste de una
única etapa, la relación entre las concentraciones en el equilibrio debe ser igual a una constante K c:
A + 2B

k1
k –1

C

v 1 = k 1[A][B] 2
v – 1 = k – 1[C]

En el equilibrio
2

k 1[A][B] = k – 1[C]

[C]
k1 = K
c2 =
[A][B]
k –1

Puede demostrarse que esto también es cierto para los procesos que se dan en varias etapas. La relación

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Facultad de Farmacia. Universidad de Alcalá

entre K c y K se verá más adelante.
Constante de equilibrio y estequiometría. La expresión de la constante de equilibrio y su valor
numérico depende de la manera en que se escriba la reacción:
2NH 3 (g)

N2 (g)+ 3H 2 (g)
× (+2)

2N2 (g) + 6H2 (g)

× (+1/2)

1

K1 =

a2 3
NH
a N2 a 3 2
H

4NH 3 (g)

K2 =

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

× (–1)

a4 3
NH
a2N2 a 6 2
H

NH3 (g)

2NH 3 (g)

= K 12
K3 =

a NH3
a

1

2
N2

a

3

2
H2

N2 (g) + 3H 2 (g)

1

=K1

2

K4 =

a N2 a 3 2
H
a2 3
NH

= K 1– 1

La constante de equilibrio de un proceso suma...