Reacciones químicas: para que sea posible una reacción
química, es necesaria la presencia de dos compuestos químicos
reaccionantes que darán origen a dos o más compuestos
químicos resultantes o productos de la reacción. Estas
reacciones pueden ser reversibles o irreversibles.
Reacciones químicas irreversibles: Estas reacciones
se producen cuando uno o ambos compuestos químicos reaccionantes
se agotan y no es posible volver a obtener las sustancias originales,
es una reacción que transcurre en un solo sentido ().
Reacciones químicas reversibles:
son aquellas en las que los reaccionantes dan origen a productos que
a su vez se descomponen y dan lugar de nuevo a las sustancias que
reaccionaron inicialmente. La reacción transcurre en ambos
sentidos ().
Las reacciones reversibles pueden conducir a un estado de equilibrio
químico.
Equilibrio químico:
En la siguiente ecuación: A + B
C + D, al principio cuando A reacciona con B, las concentraciones
de ambos disminuyen mientras aumentan las concentraciones de C y D.A
medida que avanza, la reacción alcanza un punto en el cual
no es posible detectar cambios netos de concentración, las
concentraciones de A y B, C y D se estabilizan en valores específicos.
En este punto se establece el equilibrio químico.
En el equilibrio químico las velocidades
de la reacción directa ()
e inversa ()
son iguales y las concentraciones de los reactivos y los productos
permanecen constantes. Para que esto suceda la reacción debe
suceder a una temperatura y presión constante en un recipiente
cerrado en el que ninguna sustancia pueda entrar o salir.
Constante de equilibrio: es
una medida de posición que indica si una reacción química
está desplazada hacia los productos (reacción directa),
es decir, mayor formación de productos; o, si está desplazada
hacia los reaccionantes o reactivos (reacción inversa), en
este caso mayor disociación de productos para volver a formar
los reaccionantes.
Cuando el cálculo de la
constante K tiene un valor mayor de 102 el desplazamiento es hacia
los productos, si el valor de K es menor de 10-2, la reacción
está desplazada hacia los reaccionantes.
Cuando se alcanza el equilibrio químico
las moléculas de los reaccionantes y de los productos se combinan
y descomponen continuamente dando lugar a un equilibrio dinámico.
Para que la reacción entre en equilibrio se requiere que se
desarrolle en un sistema cerrado donde la temperatura, presión
y concentración sea constante
El cálculo de la constante de equilibrio se realiza aplicando
la siguiente ecuación, donde A y B son las sustancias reaccionantes
y AB es el producto.
La reacción alcanza el equilibrio cuando la velocidad hacia
la derecha (Vd) es igual a la velocidad hacia la izquierda (Vi), manteniéndose
las concentraciones de los reaccionantes (K1)
y de los resultantes (K2)
constantes.
El cociente de dividir dos constantes es también una constante.
Esta es la expresión matemática
que define la constante de equilibrio para todas las reacciones donde
se establece el equilibrio, se conoce como Ley del equilibrio químico.
La Ley del equilibrio químico se enuncia de la siguiente manera:
“En un sistema de equilibrio, el producto de las concentraciones
(mol/L) de las sustancias resultantes, entre el producto de las sustancias
reaccionantes, cada una de ellas elevada a una potencia igual al número
de moles que intervienen en la reacción, es un valor constante
para cada temperatura”.
El rango del valor de K sirve para predecir
el comportamiento del sistema en equilibrio. (ver
tabla)
Algunos ejemplos de la aplicación práctica de esta ecuación
se muestran a continuación:
Para la siguiente ecuación escribir la expresión de
la constante de equilibrio:
A cierta temperatura, la reacción gaseosa:
Produce
las siguientes concentraciones :
Obtener el valor de K. K = 1,344
Siendo K > que 1 esto indica que la reacción está
desplazada a la derecha.
El principio de Le Chatelier:
Un sistema alcanza el equilibrio cuando la velocidad de la reacción
directa se hace igual a la velocidad de la reacción inversa.
Este equilibrio es muy sensible a cambios de presión, temperatura
y concentración. En 1888 el químico francés Henry
Louis Le Chatelier, enunció este principio que lleva su nombre
y que comprende a la vez variaciones de presión, temperatura
y concentración.
Elevación
de la temperatura
Aumento
de presión
Aumento
de la [N2O4]
“Cuando sobre un sistema
en equilibrio se produce un cambio de presión, temperatura
o concentración, el equilibrio se desplaza en el sentido que
tiende a contrarrestarlo”.
Factores que modifican el equilibrio químico:
Cambios de temperatura
Cambios de presión
Cambios de concentración
Efectos
de la temperatura:La
influencia de la temperatura sobre un sistema en equilibrio está
comprendida en la Ley de Van´t Hoff, la cual plantea lo siguiente:“Cuando
se aumenta la temperatura sobre un sistema en equilibrio, se ve favorecida
la reacción que se produce por absorción de calor”.
En el siguiente ejemplo, al producirse la elevación
de la temperatura se ve favorecida la reacción directa (),
porque absorbe calor, ésta es una reacción
endotérmica, donde el equilibrio se desplaza para
favorecer la formación de más productos.
Reacción endotérmica
La reacción inversa es la reacción endotérmica
en la que se absorbe calor.
En este otro ejemplo, al producirse la elevación
de la temperatura el equilibrio se desplaza favoreciendo la reacción
inversa (),
el equilibrio se desplaza para favorecer la formación de más
reaccionantes. Se cumple la Ley de Van´t Hoff.
Efectos
de la presión: La presión es un factor que
influye sobre los sistemas gaseosos en equilibrio. La influencia de
la presión sobre un sistema en equilibrio está comprendida
en la Ley de Robin: “Cuando un sistema está en equilibrio,
un aumento de presión favorece la reacción donde hay
menor volumen; si se disminuye la presión favorece la reacción
donde hay mayor volumen. Cuando el volumen es igual en ambos miembros,
los cambios de presión no modifican el equilibrio”.
Ejemplo 1: Cuatro moles de
reaccionantes dan origen a dos moles del producto, por lo que un
aumento de presión desplaza el equilibrio hacia la derecha,
esto favorece la formación de amoníaco, ya que es
la que procede con disminución de volumen.
Ejemplo 2: Si se disminuye
la presión se favorece la reacción directa, el equilibrio
se desplaza hacia donde hay mayor volumen.
Ejemplo 3: Un aumento de la presión en este ejemplo
no produce ninguna alteración sobre el equilibrio ya que tanto
en la reacción directa como en la inversa se producen dos volúmenes.
No hay modificación del equilibrio, los volúmenes son
iguales en ambos miembros.
Efecto de la concentración:
la influencia de variaciones en la concentración
sobre un sistema en equilibrio está regida por la ley de acción
de masas: “La velocidad de una reacción química
es proporcional al producto de las concentraciones molares de las
sustancias reaccionantes”.
Al aumentar la concentración de los
reaccionantes, se forma más producto
Si en una reacción N2
+ 3H2 2 NH3
aumenta la concentración del N2,
el equilibrio se desplaza hacia la derecha para favorecer los productos.
Lo mismo ocurre si se incrementa la concentración de H2.
Después de cierto tiempo se alcanza un nuevo estado de equilibrio
de acuerdo a las nuevas concentraciones.
Efecto
de los catalizadores: se ha determinado que los catalizadores
no tienen ningún efecto sobre la concentración
de los reaccionantes y de los productos en equilibrio. Esto se debe
a que si un catalizador acelera la reacción directa también
hace lo mismo con la reacción inversa, de modo que si ambas
reacciones se aceleran en la misma proporción, no se produce
ninguna alteración del equilibrio.
REFERENCIAS:
www.omega.ilse.edu.mx:3000/site/ciencia/volumen2/ciencia3/085/htm/mct_13/htm.
10-04-2004.
www.eneayudas.cl/reacc.htm #electroquimica 12-04-2004.
Carpi Anthoni. Reacciones químicas.
www.visionlearning.com 01-04-2004.
Requeijo, D. y Requeijo A. (2002). Química. Editorial
Biosfera.
Irazábal A. y de Irazábal C. (S/A). Química.
Ediciones CO-BO.
Mahan. Química. (1977). Fondo Educativo Interamericano
).
).
Las reacciones reversibles pueden conducir a un estado de equilibrio
químico.
)
son iguales y las concentraciones de los reactivos y los productos
permanecen constantes. Para que esto suceda la reacción debe
suceder a una temperatura y presión constante en un recipiente
cerrado en el que ninguna sustancia pueda entrar o salir.
