Introducción al equilibrio químico
¿Buscas apuntes de repaso específicos para el examen que estás estudiando? Si es así, haz clic en los siguientes enlaces para ver nuestros apuntes de repaso condensados y fáciles de entender para cada tribunal de examen, cuadernos de preguntas de examen de práctica, ayudas visuales de mapas mentales, cuestionarios interactivos, presentaciones de PowerPoint y una biblioteca de trabajos anteriores directamente de los tribunales de examen.
El equilibrio químico es un estado en el curso de una reacción química en el que las concentraciones de los productos y los reactivos alcanzan el límite que impide una mayor desviación. El principio de Le-Chatelier es una de las ideas fundamentales para entender el comportamiento de un sistema en equilibrio. Afirma que “si se perturba un equilibrio dinámico al cambiar las condiciones, la posición de equilibrio se desplaza para invertir parcialmente el cambio”. Otra idea importante que condujo al desarrollo de esta ciencia es el uso de la energía libre de Gibb para cuantificar el equilibrio. Se dice que “el equilibrio se alcanza cuando la energía libre de Gibbs del sistema está en su valor mínimo (suponiendo que la reacción se lleva a cabo a temperatura y presión constantes)”. La constante de equilibrio para una reacción encuentra su relación con la energía libre de Gibb como:
¿Por qué es importante la constante de equilibrio?
Durante una reacción reversible, cuando las velocidades de reacción directa e inversa se igualan, el sistema alcanza el estado de equilibrio químico. No hay más cambios en las concentraciones de los reactivos y los productos.
Durante el equilibrio, la velocidad de reacción hacia delante se hace igual a la velocidad de reacción hacia atrás. En este momento, el número de moléculas de reactivos que se transforman en productos y el número de moléculas de productos que se convierten en reactivos son iguales. Este estado de equilibrio puede llevarse a cabo con los mismos reactantes en cualquier lugar con condiciones similares.
De ahí que el equilibrio químico se denomine equilibrio dinámico, ya que tanto las reacciones de avance como las de retroceso no cesan, sino que siguen produciéndose a igual velocidad. Por lo tanto, la relación entre los reactivos y los productos permanece inalterada a lo largo del tiempo.
Antes de continuar, conozcamos la ley de acción de masas. Ésta establece que la velocidad de una reacción química es directamente proporcional a los productos de las masas activas de los reactantes, con cada término de masa activa elevado a la potencia igual a su coeficiente estequiométrico en la ecuación balanceada.
Importancia del equilibrio químico en la industria
Respuesta: El principio de Le Chatelier describe el comportamiento cualitativo de un sistema en el que se producen cambios momentáneos inducidos externamente en los parámetros del sistema. Esto indica que se producirá un cambio de comportamiento en el sistema para anular (cancelar parcialmente) el cambio de parámetros. La duración de la adaptación depende de la fuerza de la retroalimentación negativa del primer choque. Si el choque produce primero una retroalimentación positiva (como el desbordamiento térmico), el nuevo equilibrio está lejos del anterior y puede tardar mucho tiempo en alcanzarse. En algunos sistemas dinámicos, el estado final no puede determinarse a partir de la colisión. Este principio suele utilizarse para describir sistemas cerrados con retroalimentación negativa, pero porque la segunda ley de la termodinámica exige una vida media finita para los desequilibrios causados por impactos repentinos. Generalmente se aplica a sistemas termodinámicamente cerrados y aislados. El principio es similar a todo el mundo físico.
Respuesta: Los gases inertes (o gases nobles) como el helio no reaccionan con otros elementos o compuestos. La adición de un gas inerte al equilibrio de la fase gaseosa a volumen constante no provoca un desplazamiento. Esto se debe a que el gas inerte aparece en ambos lados de la ecuación de reacción química, por lo que la ecuación de equilibrio no cambia aunque se añada un gas no reactivo. La presión total del sistema aumenta, pero la presión total no afecta a la constante de equilibrio. Más bien, es el cambio en la presión parcial el que desplaza el equilibrio. Sin embargo, si se aumenta el volumen, la presión parcial de todo el gas disminuirá y se desplazará hacia el lado con mayor número de moles de gas. No se produce ningún desplazamiento en el lado con menos moles de gas. Esto también se conoce como la hipótesis de Le Chatelier.
Aplicación del principio de le chatelier en la vida cotidiana
Anteriormente vimos que conocer la magnitud de la constante de equilibrio bajo un conjunto de condiciones determinado permite a los químicos predecir el alcance de una reacción. Sin embargo, a menudo los químicos deben decidir si un sistema ha alcanzado el equilibrio o si la composición de la mezcla seguirá cambiando con el tiempo. En esta sección, describimos cómo analizar cuantitativamente la composición de una mezcla de reacción para hacer esta determinación.
Para determinar si un sistema ha alcanzado el equilibrio, los químicos utilizan una cantidad llamada Cociente de reacción (\(Q\)). La expresión del Cociente de reacción tiene precisamente la misma forma que la expresión de la constante de equilibrio, salvo que \(Q\) puede derivarse de un conjunto de valores medidos en cualquier momento de la reacción de cualquier mezcla de reactivos y productos, independientemente de que el sistema esté en equilibrio. Por lo tanto, para la siguiente reacción general:
La siguiente tabla enumera los datos de tres experimentos en los que se obtuvieron y analizaron muestras de la mezcla de reacción a intervalos de tiempo equivalentes, y se calcularon los valores correspondientes de \(Q\) para cada uno. Cada experimento comienza con diferentes proporciones de producto y reactivo:
