Equilibrio quimico

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Equilibrio químico

Todos los procesos químicos evolucionan desde los reactivos hasta la formación de productos a una determinada velocidad hasta que la reacción se completa. Llegado ese instante, lo que ocurre en el proceso es que la velocidad de formación de los productos es igual a la velocidad de descomposición de éstos para formar nuevamente los reactivos de los que proceden. Es decir,se llega a la formación de un estado dinámico en el que las concentraciones de todas las especies reaccionantes (reactivos y productos) permanecen constantes. Ese estado se conoce con el nombre de «equilibrio químico» y lo vamos a estudiar con detenimiento en la presente Unidad.

5. Equilibrio químico
5.1 Introducción

5.1 Introducción
Reacción: H2 1 I2 Velocidad H2 y I2 Equilibrio Vd = ViHI Descomposición Vi t te te = tiempo para alcanzar el equilibrio Fig. 5.1. Velocidades de formación y descomposición del HI. 2 HI

El equilibrio químico es un estado de un sistema reaccionante en el que no se observan cambios a medida que transcurre el tiempo, a pesar de que la reacción sigue. En la mayoría de las reacciones químicas los reactivos no se consumen totalmente para obtener losproductos deseados, sino que, por el contrario, llega un momento en el que parece que la reacción ha concluido. Podemos comprobar, analizando los productos formados y los reactivos consumidos, que la concentración de ambos permanece constante. ¿Significa esto que realmente la reacción se ha parado? Evidentemente no, una reacción en equilibrio es un proceso dinámico en el que continuamente losreactivos se están convirtiendo en productos y los productos se convierten en reactivos; cuando lo hacen a la misma velocidad nos da la sensación de que la reacción se ha paralizado.

Formación (Vd)

Es decir, el equilibrio químico se establece cuando existen dos reacciones opuestas que tienen lugar simultáneamente a la misma velocidad.

Esto, en términos de velocidad, se puede expresar según constaen la Figura 5.1. Así pues, si tenemos una reacción: aA + bB
Vd vi

cC + dD

vd 5 velocidad de formación de los productos vi 5 velocidad de descomposición de los productos Cuando ambas velocidades se igualan, se considera que el sistema está en equilibrio. Se puede deducir que el sistema evolucionará cinéticamente, en uno u otro sentido, con el fin de adaptarse a las condiciones energéticasmás favorables. Cuando éstas se consigan, diremos que se ha alcanzado el equilibrio, esto es, DG 5 0 (ver Aprendo más en pág. 152). En un sistema en equilibrio se dice que el mismo se encuentra desplazado hacia la derecha si hay más cantidad de productos (C y D) presentes en el mismo que de reactivos (A y B), y se encontrará desplazado hacia la izquierda cuando ocurra lo contrario. Se podrían tener,por tanto, las dos situaciones representadas en la Figura 5.2. Consideremos la reacción de obtención del trióxido de azufre a partir de azufre y oxígeno a 1 000 °C según:
[A] [ B ] te tiempo

Zona de equilibrio Concentraciones [A] [B]

Es importante diferenciar entre el equilibrio en términos de velocidad, en el que ambas velocidades son iguales, del equilibrio en términos deconcentraciones, donde éstas pueden ser, y normalmente son, distintas.

[A] [ B ] [C] [D] (a)

[C] [B] te tiempo

Concentraciones [C] [D] (b)

2 SO2 (g) + O2 D 2 SO3 (g)

Fig. 5.2. (a) y (b). Representación de un sistema en equilibrio cuando predominan los reactivos (a) o los productos (b).

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5. Equilibrio químico
5.1 Introducción

Inicialmente partimos de 0,4 moles de SO2 y 0,2 moles de O2en un recipiente de 1 litro de capacidad. Al cabo del tiempo se establece el equilibrio y se comprueba que se han formado 0,06 moles de SO3 y quedan sin reaccionar 0,34 moles de SO2 y 0,17 moles de O2 [ver Figura 5.3 (a) en el margen]. Si no se cambian las condiciones de reacción, estas concentraciones permanecen inalteradas, pues se ha conseguido alcanzar el estado de equilibrio, lo cual no...