Equilibrio quimico

Equilibrio químico

En un proceso químico, el equilibrio químico es el estado en el que las actividades químicas o las concentraciones de los reactivos y los productos no tienen ningún cambio neto en el tiempo. Normalmente, este sería el estado que se produce cuando el proceso químico evoluciona hacia adelante en la misma proporción que su reacción inversa. La velocidad de reacción de lasreacciones directa e inversa por lo general no son cero, pero, si ambas son iguales, no hay cambios netos en cualquiera de las concentraciones de los reactivos o productos. Este proceso se denomina equilibrio dinámico.

Cambios de equilibrio

Para un sistema reaccionante en equilibrio:

Qr=K (eq); E=E(qe) .

Si se modifican las actividades de los componentes, el valor del cociente de reaccióncambia y se hace distinto del valor de la constante de equilibrio:

Qr·K (eq)

Constante de equilibrio

La expresión de la constante de equilibrio puede escribirse como el producto de un cociente de concentraciones Kc. y un cociente de coeficientes de actividad, Γ.
K=(S)º(T)t / (A)ª(B)b *rSºrT /rAª rB= K cT
[A] es la concentración de un reactivo, etc. Es posible, en principio, obtenerlos valores de los coeficientes de actividad, γ. Para ello, se pueden utilizar ecuaciones, como la ecuación de Debye-Hückel o extensiones como la ecuación de Davies, o las ecuaciones de Pitzer, Sin embargo, esto no siempre es posible. Es una práctica común suponer que Γ es una constante, y utilizar el cociente de concentraciones en el lugar de la constante de equilibrio termodinámica. También es unapráctica general utilizar el término “constante de equilibrio” en lugar del más preciso de “cociente de concentraciones”. Esta práctica se seguirá aquí.
Para las reacciones en fase gaseosa, se utiliza la presión parcial en lugar de la concentración y el coeficiente de fugacidad en vez del coeficiente de actividad. En el mundo real, por ejemplo, al fabricar el amoniaco en la industria, debentenerse en cuenta los coeficientes de fugacidad. La fugacidad, f, es el producto de la presión parcial y el coeficiente de fugacidad. El potencial químico de una especie en la fase gaseosa viene dado por
Y=yº+rt+N(F/bar)+RT In r
por lo que la expresión general que define la constante de equilibrio es válida tanto para las fases de solución y de gas.

Composición de una mezcla en equilibrioCuando el único equilibrio es el de la formación de aductos de 1:1 como la composición de una mezcla, hay varias formas en que se puede calcular la composición de la mezcla. Por ejemplo, véase tabla ICE para un método tradicional de calcular el pH de una solución de un ácido débil. Hay tres métodos para el cálculo general de la composición de una mezcla en equilibrio.
1. El enfoque más básicoconsiste en manipular las diferentes constantes de equilibrio hasta que las concentraciones deseadas se expresen en términos de las constantes de equilibrio medidas (equivalente a la medición de los potenciales químicos) y las condiciones iniciales.
2. Minimizar la energía de Gibbs del sistema.
3. Satisfacer la ecuación de balance de masa. Las ecuaciones de balance de masa son simplementeecuaciones que demuestran que la concentración total de cada reactivo debe ser constante según la ley de conservación de la masa.
Mezclas metaestables
Una mezcla puede parecer que no tiene tendencia a cambiar, aunque no esté en equilibrio. Por ejemplo, una mezcla de SO2 y O2 es metaestable ya que hay una barrera cinética a la formación del producto, SO3.
2SO2 + O2= 2SO3
La barrera puedesuperarse cuando también hay un catalizador presente en la mezcla, como en el método de contacto, pero el catalizador no afecta a las concentraciones de equilibrio. Del mismo modo, la formación de bicarbonato a partir de dióxido de carbono y el agua es una reacción muy lenta en condiciones normales
CO2 + 2H2O = HCO3- +H3O+
pero casi instantánea en presencia de la enzima anhidrasa carbónica....