Calculadora de concentraciones de equilibrio
En un sistema que ha alcanzado el equilibrio químico, las concentraciones de las distintas sustancias están cuantitativamente relacionadas. En el ejemplo de las transformaciones entre los dos óxidos de nitrógeno, las concentraciones en el equilibrio obedecen a esta expresión de equilibrio:
Para cualquier reacción de equilibrio, la relación entre las concentraciones de las sustancias de la derecha y las concentraciones de las de la izquierda es igual a una constante apropiada para esa reacción específica. Obsérvese que la relación se escribe siempre con los productos sobre los reactivos. Cada concentración debe elevarse a la potencia de su coeficiente estequiométrico en la reacción. Como el NO 2 tiene un coeficiente de 2 en la reacción, su concentración debe elevarse al cuadrado en la expresión anterior.
Por supuesto, la constante de equilibrio K de esta última ecuación no tiene el mismo valor que la K de la ecuación de equilibrio del amoníaco. El valor numérico de K depende de la reacción concreta, de la temperatura y de las unidades utilizadas para describir la concentración. En el caso de las soluciones líquidas, las concentraciones suelen expresarse en forma de molaridad. Para una mezcla de gases, la concentración de cada especie molecular se suele dar como molaridad o como presión en atmósferas.
Fórmula de las concentraciones de equilibrio
En el ejercicio del ejemplo 6 del apartado 15.2 vimos que la constante de equilibrio para la descomposición de \(CaCO_{3(s)}) en \(CaO_{(s)}) y \(CO_{2(g)}) es \(K = [CO_2]\). A 800°C, la concentración de \(CO_2\) en equilibrio con el \(CaCO_3\) sólido y \(CaO\) es \(2,5 \times 10^{-3}\; M\). Por lo tanto, K a 800°C es \ (2,5 \times 10^{-3}\). (Recuerde que las constantes de equilibrio no tienen unidades).
y la constante de equilibrio \ (K = [\text{isobutano}]/[\text{n-butano}]\). En el equilibrio, se encontró que una mezcla de n-butano e isobutano a temperatura ambiente contiene 0,041 M de isobutano y 0,016 M de n-butano. Sustituyendo estas concentraciones en la expresión de la constante de equilibrio,
A menudo, los químicos no disponen de las concentraciones de todas las sustancias, y no es probable que midan las concentraciones de equilibrio de todas las sustancias relevantes para un sistema concreto. En estos casos, podemos obtener las concentraciones de equilibrio a partir de las concentraciones iniciales de los reactivos y de la ecuación química equilibrada de la reacción, siempre que se conozca la concentración de equilibrio de una de las sustancias. El ejemplo \(\PageIndex{2}\Nmuestra una forma de hacerlo.
Problemas de práctica de concentración de equilibrio
En una reacción química, el equilibrio químico es el estado en el que tanto los reactivos como los productos están presentes en concentraciones que no tienen ninguna tendencia a cambiar con el tiempo, de modo que no hay ningún cambio observable en las propiedades del sistema[1] Este estado resulta cuando la reacción hacia delante procede a la misma velocidad que la reacción hacia atrás. Las velocidades de reacción de las reacciones hacia adelante y hacia atrás generalmente no son cero, pero son iguales. Por lo tanto, no hay cambios netos en las concentraciones de los reactivos y los productos. Este estado se conoce como equilibrio dinámico[2][3].
El concepto de equilibrio químico se desarrolló en 1803, después de que Berthollet descubriera que algunas reacciones químicas son reversibles[4] Para que cualquier mezcla de reacción exista en equilibrio, las velocidades de las reacciones hacia delante y hacia atrás (inversas) deben ser iguales. En la siguiente ecuación química, las flechas apuntan en ambos sentidos para indicar el equilibrio[5] A y B son especies químicas reaccionantes, S y T son especies de productos, y α, β, σ y τ son los coeficientes estequiométricos de los respectivos reactivos y productos:
Cómo calcular la constante de equilibrio
Para calcular las concentraciones de equilibrio, es necesario conocer la concentración inicial de cada especie. También es necesario conocer el cambio de concentración de una de las especies. A partir de ahí, puedes utilizar la ecuación química equilibrada para calcular el cambio de concentración de todas las especies y, por tanto, encontrar sus concentraciones de equilibrio. Sin embargo, también puedes calcular las concentraciones de equilibrio utilizando las concentraciones iniciales y la constante de equilibrio Kc. Este proceso implica representar el cambio de concentración como x, y encontrar y resolver una ecuación cuadrática. Consulta este artículo para ver algunos ejemplos prácticos.
Para hallar las concentraciones iniciales, necesitas conocer la concentración de equilibrio de cada especie y su cambio de concentración. A continuación, se resta el cambio de concentración de la concentración de equilibrio para encontrar la concentración inicial.
Para encontrar las concentraciones de equilibrio de los reactivos y los productos se necesita la concentración inicial de cada especie. También es necesario conocer el cambio de concentración de una de las especies. A partir de ahí, puedes utilizar la ecuación química equilibrada para calcular el cambio en la concentración de todas las especies, y así encontrar sus concentraciones de equilibrio. Sin embargo, también puedes calcular las concentraciones de equilibrio utilizando las concentraciones iniciales y la constante de equilibrio Kc. Este proceso implica representar el cambio de concentración como x, y encontrar y resolver una ecuación cuadrática. Aunque esto puede parecer un poco complicado, en este artículo tenemos un par de buenos ejemplos trabajados para ayudarte.
