Equilibrio Químico Teoría 1: Definición de equilibrio químico y tipos

Key Concepts

• Procesos reversibles e irreversibles
• Equilibrio químico (definición y características)
• Velocidad de reacción (directa e inversa)
• Equilibrios homogéneos y heterogéneos
• Variación de energía libre en el equilibrio

Procesos Reversibles e Irreversibles

• Reacciones Irreversibles: Son aquellas en las que los reactivos se transforman completamente en productos. La reacción solo ocurre en una dirección (de izquierda a derecha). El reactivo limitante se consume por completo.
• Reacciones Reversibles: Son aquellas en las que los productos pueden reaccionar entre sí para regenerar los reactivos. La reacción ocurre en ambas direcciones (de izquierda a derecha y de derecha a izquierda). Se representan con una doble flecha (⇌).
  • Ejemplo: H2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g)

Definición de Equilibrio Químico

• Reacción Genérica: aA + bB ⇌ cC + dD (a, b, c, d son los coeficientes estequiométricos)
• Velocidades de Reacción:
  • Vd: Velocidad de la reacción directa (hacia la derecha).
  • Vi: Velocidad de la reacción inversa (hacia la izquierda).
• Situación Inicial: Al inicio, solo hay reactivos (A y B), por lo que Vd es máxima y Vi es nula.
• Evolución: A medida que la reacción avanza, la concentración de reactivos disminuye, por lo que Vd disminuye. Simultáneamente, la concentración de productos (C y D) aumenta, por lo que Vi aumenta.
• Equilibrio: Se alcanza el equilibrio químico cuando Vd = Vi. En este punto, las concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes a nivel macroscópico.
• Naturaleza Dinámica: El equilibrio químico es un proceso dinámico. Las reacciones directa e inversa continúan ocurriendo, pero a la misma velocidad, por lo que no hay cambios netos en las concentraciones.
• Variación de Energía Libre: En el equilibrio químico, la variación de energía libre de la reacción (ΔG) es igual a cero (ΔG = 0).

Velocidades de Reacción y Constantes

• Velocidad de Reacción Directa (Vd): Vd = kt [A]^n [B]^m (kt es la constante de velocidad para la reacción directa, n y m son los órdenes de reacción con respecto a A y B). Si la reacción es elemental, n y m coinciden con los coeficientes estequiométricos a y b.
• Velocidad de Reacción Inversa (Vi): Vi = ki [C]^x [D]^y (ki es la constante de velocidad para la reacción inversa, x e y son los órdenes de reacción con respecto a C y D). Si la reacción es elemental, x e y coinciden con los coeficientes estequiométricos c y d.

Tipos de Equilibrios Químicos

• Equilibrios Homogéneos: Son aquellos en los que todos los reactivos y productos se encuentran en el mismo estado de agregación (todos gases o todos en disolución).
  • Ejemplo (gases): N2O4(g) ⇌ 2NO2(g)
  • Ejemplo (disolución): CH3COOH(ac) ⇌ H+(ac) + CH3COO-(ac) (disociación del ácido acético en agua)
• Equilibrios Heterogéneos: Son aquellos en los que al menos un reactivo o producto se encuentra en un estado de agregación diferente a los demás.
  • Ejemplo: CaCO3(s) ⇌ CaO(s) + CO2(g) (descomposición térmica del carbonato de calcio)
  • Ejemplo: AgCl(s) ⇌ Ag+(ac) + Cl-(ac) (equilibrio de solubilidad del cloruro de plata)

Conclusión

El equilibrio químico es un estado dinámico en el que las velocidades de las reacciones directa e inversa son iguales, lo que resulta en concentraciones constantes de reactivos y productos. Se clasifica en homogéneo y heterogéneo según el estado de agregación de las especies involucradas. Comprender los factores que influyen en el equilibrio es fundamental para controlar y optimizar las reacciones químicas.