Ley del equilibrio en la vida
¿Qué es la ley del equilibrio en los sistemas químicos? A diferencia de las reacciones presentadas anteriormente, un sistema en equilibrio nunca llega a completarse: siempre hay una mezcla de reactivos y productos en equilibrio. A mediados del siglo XIX, dos científicos, Guldberg y Waage, determinaron que si las concentraciones de equilibrio se disponían en una relación matemática específica, el valor resultante era constante, independientemente de las concentraciones iniciales de partida. Llamaron a esto la “ley del equilibrio” y al valor resultante la “constante de equilibrio”.
Enganche de la lección: Al principio de esta lección, pida a los alumnos que escriban sus definiciones de las palabras “ley” y “constante” y que luego las compartan con la clase. Esto les hace pensar en el significado de esas palabras mientras usted les pregunta qué piensan como clase que significan los términos “ley de equilibrio” y “constante de equilibrio”.
Acción: Una vez realizada esta breve actividad de reflexión, la mejor manera de que los alumnos vean cómo funciona la constante de equilibrio es proporcionarles la demostración matemática. Esto les recuerda la definición de equilibrio y les da una razón matemática para la forma que toma la constante de equilibrio y la pone en contexto. La derivación de la constante también ayuda cuando se introduce el principio de Le Chatelier y permite que los que tienen menos conocimientos matemáticos tengan la oportunidad de reforzarlos. Demostración: Mientras se realiza la demostración, recuerde a los alumnos la definición de equilibrio y destaque que “en el equilibrio, la velocidad de la reacción directa es igual a la velocidad de la reacción inversa, y luego diga exactamente lo mismo escribiéndolo matemáticamente como se escribe a continuación, ya que a muchos alumnos les resulta difícil traducir las palabras en expresiones matemáticas.
Ley de equilibrio de fuerzas
El equilibrio químico se produce cuando las concentraciones de los productos y de los reactivos en una reacción están en equilibrio; no hay intercambio neto ya que la velocidad de la reacción hacia delante es igual a la de la reacción hacia atrás. El equilibrio dinámico se alcanza cuando no hay cambios en un sistema, ya que las entradas y salidas permanecen en equilibrio. En un equilibrio dinámico, las sustancias químicas reaccionan rápidamente a escala molecular, mientras que sus concentraciones permanecen constantes a escala macroscópica. Los compuestos que se encuentran en un equilibrio químico dinámico se estudian y describen utilizando los conceptos de equilibrio químico.
La ley del equilibrio establece que las concentraciones de los productos multiplicadas entre sí, divididas por la concentración de los reactivos multiplicados entre sí, son iguales a una constante de equilibrio (K). La constante de equilibrio es un número que depende de la reacción y de la temperatura de la mezcla de reacción cuando se alcanza el equilibrio.
El método de cálculo de la constante de equilibrio es medir la concentración de cada uno de los reactivos y productos, e introducir sus valores en la ley de equilibrio. Por ejemplo, si la concentración en el equilibrio para la reacción anterior se determina como
Ejemplo de la ley del equilibrio químico
En la ecuación anterior, fíjate en que ambos lados tienen la misma fórmula molecular, sin embargo, en la imagen inferior, los elementos implicados están dispuestos de forma diferente. Estas moléculas se denominan isómeros y para saber más sobre ellos, consulta el siguiente sitio: https://www.thoughtco.com/geometric-isomerism-cis-and-trans-608702.
En la ecuación anterior, vemos la descomposición del N2O4 (el gas claro que aparece en la imagen inferior) en NO2, que es el gas rojo pardo que se ve abajo. Como se puede ver en la estructura molecular de arriba, esta descomposición del N2O4 se produce cuando se rompe el enlace central que mantiene unido al N2O4, dejando dos moléculas de NO2. Para más información sobre este equilibrio específico, consulta la página sobre El efecto de un cambio de temperatura.
Tanto la transición trans-cis del C2H2F2 como la descomposición del N2O4 son ejemplos particulares de una ley más general que rige el equilibrio químico en los gases. Si escribimos una ecuación para un equilibrio gaseoso en general de la forma
Una mezcla que contiene concentraciones iguales de metano y vapor se hace pasar por un catalizador de níquel a 1000 K. El gas emergente tiene la composición [CO] = 0,1027 mol dm-3, [H2] = 0,3080 mol dm-3, y [CH4] = [H2O] = 0,8973 mol dm-3. Suponiendo que esta mezcla está en equilibrio, calcula la constante de equilibrio Kc para la reacción
Ley del equilibrio químico
La concentración de un sólido está fijada por su densidad, es decir, la cantidad de sustancia sólida en un volumen determinado es siempre la misma a temperatura y presión constantes, por lo que la concentración de un sólido es una constante.
La concentración de un líquido también está fijada por su densidad, es decir, la cantidad de sustancia líquida en un volumen determinado a temperatura y presión constantes, es siempre la misma, por lo que la concentración de un líquido es una constante.
Cuando se añade un poco de sulfato de plata sólido al agua, parte de él se disuelve produciendo una solución acuosa de iones de plata(I), Ag+(aq), e iones de sulfato, SO42-(aq), que está en equilibrio con el sulfato de plata sólido según la ecuación química equilibrada dada a continuación:
