Equilibrio Químico

Índice
5.1 Concepto de equilibrio químico _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 3
5.2 Concepto y clasificación de Ácidos y bases _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 7
5.3 Ionización del agua y pH _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 20
5.4 Titulación o valoración _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 23
5.4.1 Indicadores
5.4.2 Neutralización
5.5 Soluciones de unácido y una base fuerte _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 35
5.6 Equilibrio acido, base en sistemas acuosos _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 37
5.7 Orden de reacción _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 43
5.8 Velocidad de reacción _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 49

5.1 CONCEPTO DE EQUILIBRIO QUÍMICO
El equilibrio químico es el estado en el que las actividades químicas o lasconcentraciones de los reactivos y los productos no tienen ningún cambio neto en el tiempo. Normalmente, este sería el estado que se produce cuando una reacción química evoluciona hacia adelante en la misma proporción que su reacción inversa. La velocidad de reacción de las reacciones directa e inversa por lo general no son cero, pero, si ambas son iguales, no hay cambios netos en cualquiera delas concentraciones de los reactivos o productos. Este proceso se denomina equilibrio dinámico.
En una reacción química, cuando los reactivos se mezclan en un recipiente de reacción (y con calefacción, si es necesario), la totalidad de los reactivos no se convierten en los productos. Después de un tiempo (que puede ser inferior a millonésimas de un segundo o mayor que la edad del universo), lasreacciones opuestas, pueden alcanzar iguales velocidades de reacción, creando un equilibrio dinámico en el que la relación entre los reactivos y productos será fija. Esto se llama equilibrio químico.
El concepto de equilibrio químico fue desarrollado después de que Berthollet (1803) encontrase que algunas reacciones químicas son reversibles. Para que una reacción, tal como

pueda estar enequilibrio, las velocidades de reacción directa e inversa tienen que ser iguales. En esta ecuación química, con flechas apuntando en ambas direcciones para indicar el equilibrio, A y B son las especies químicas que reaccionan S y T son las especies productos, y α, β, σ y τ son los coeficientes estequiométricos de los reactivos y los productos. La posición de equilibrio de la reacción se dice que está muydesplazada a la derecha, si, en el equilibrio, casi todos los reactivos se ha utilizado y a la izquierda si solamente se forma algo de producto a partir de los reactivos.
Guldberg y Waage (1865), basándose en las ideas de Berthollet, propusieron la ley de acción de masas:

donde A, B, S y T son masas activas y k+ y k− son las constantes de velocidad. Cuando las velocidades de la reaccióndirecta e inversa son iguales:

y la relación entre las constantes de velocidad es también una constante, conocida ahora como constante de equilibrio.

Por convenio, los productos constituyen el numerador. Sin embargo, la ley de acción de masas es válida sólo para reacciones que transcurren en una etapa que proceden a través de un estado de transición único y no es válido, en general, porque lasecuaciones de velocidad siguen, por lo general, la estequiometría de la reacción como Guldberg y Waage propusieron (véase, por ejemplo, lasustitución nucleofílica alifática por SN1 o la reacción del hidrógeno y del bromo para formar bromuro de hidrógeno). La igualdad de las velocidades de la reacción directa y de la inversa, es una condición necesaria para el equilibrio químico, aunque no essuficiente para explicar por qué se produce el equilibrio. A pesar del fracaso de esta derivación, la constante de equilibrio para una reacción es de hecho una constante, independiente de las actividades de las distintas especies involucradas, aunque no depende de la temperatura como se aprecia por la ecuación de van't Hoff. La adición de un catalizador afecta de la misma forma tanto a la reacción...