19.2: Equilibrio Químico
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Equilibrio Químico
Los gases hidrógeno y yodo reaccionan para formar yoduro de hidrógeno, de acuerdo con la siguiente reacción:
\[\ce{H_2} \left( g \right) + \ce{I_2} \left( g \right) \rightleftharpoons 2 \ce{HI} \left( g \right)\nonumber \]
\[\text{Forward reaction:} \: \: \: \ce{H_2} \left( g \right) + \ce{I_2} \left( g \right) \rightarrow 2 \ce{HI} \left( g \right)\nonumber \]
\[\text{Reverse reaction:} \: \: \: 2 \ce{HI} \left( g \right) \rightarrow \ce{H_2} \left( g \right) + \ce{I_2} \left( g \right)\nonumber \]
Inicialmente, solo se produce la reacción hacia adelante porque no\(\ce{HI}\) está presente. Tan pronto como algunos se\(\ce{HI}\) han formado, comienza a descomponerse de nuevo en\(\ce{H_2}\) y\(\ce{I_2}\). Poco a poco, la velocidad de la reacción directa disminuye mientras que la velocidad de la reacción inversa aumenta. Finalmente, la tasa de combinación de\(\ce{H_2}\) y\(\ce{I_2}\) para producir\(\ce{HI}\) se vuelve igual a la tasa de descomposición de\(\ce{HI}\) en\(\ce{H_2}\) y\(\ce{I_2}\). Cuando las velocidades de las reacciones hacia adelante y hacia atrás se han vuelto iguales entre sí, la reacción ha alcanzado un estado de equilibrio. El equilibrio químico es el estado de un sistema en el que la velocidad de la reacción directa es igual a la velocidad de la reacción inversa.
El equilibrio químico se puede lograr si la reacción comienza con todos los reactivos y sin productos, todos los productos y sin reactivos, o algunos de ambos. La siguiente figura muestra cambios en la concentración de\(\ce{H_2}\)\(\ce{I_2}\), y\(\ce{HI}\) para dos reacciones diferentes. En la reacción representada por la gráfica de la izquierda (A), la reacción comienza con solo\(\ce{H_2}\) y\(\ce{I_2}\) presente. No hay\(\ce{HI}\) inicialmente. A medida que la reacción avanza hacia el equilibrio, las concentraciones del\(\ce{H_2}\) y disminuyen\(\ce{I_2}\) gradualmente, mientras que la concentración del aumenta\(\ce{HI}\) gradualmente. Cuando la curva se nivela y todas las concentraciones se vuelven constantes, se ha alcanzado el equilibrio. En equilibrio, las concentraciones de todas las sustancias son constantes. En la reacción B, el proceso comienza con solo\(\ce{HI}\) y no\(\ce{H_2}\) o\(\ce{I_2}\). En este caso, la concentración de disminuye\(\ce{HI}\) gradualmente mientras que las concentraciones de\(\ce{H_2}\) y\(\ce{I_2}\) gradualmente aumentan hasta que se vuelve a alcanzar el equilibrio. Observe que en ambos casos, la posición relativa de equilibrio es la misma, como lo demuestran las concentraciones relativas de reactivos y productos. La concentración de\(\ce{HI}\) en equilibrio es significativamente mayor que las concentraciones de\(\ce{H_2}\) y\(\ce{I_2}\). Esto es cierto tanto si la reacción comenzó con todos los reactivos como con todos los productos. La posición de equilibrio es una propiedad de la reacción reversible particular y no depende de cómo se logró el equilibrio.
Condiciones para el Equilibrio
Puede ser tentador pensar que una vez que se ha alcanzado el equilibrio, la reacción se detiene. El equilibrio químico es un proceso dinámico. Las reacciones hacia adelante y hacia atrás continúan ocurriendo incluso después de que se ha alcanzado el equilibrio. Sin embargo, debido a que las velocidades de las reacciones son las mismas, no hay cambio en las concentraciones relativas de reactivos y productos para una reacción que está en equilibrio. A continuación se resumen las condiciones y propiedades de un sistema en equilibrio.
- El sistema debe estar cerrado, lo que significa que ninguna sustancia puede entrar o salir del sistema.
- El equilibrio es un proceso dinámico. A pesar de que no necesariamente vemos las reacciones, se están produciendo tanto las reacciones hacia adelante como las reacciones inversas.
- Las tasas de las reacciones hacia adelante y hacia atrás deben ser iguales.
- La cantidad de reactivos y productos no tiene que ser igual. Sin embargo, una vez alcanzado el equilibrio, las cantidades de reactivos y productos serán constantes.
La descripción del equilibrio en este concepto se refiere principalmente al equilibrio entre reactivos y productos en una reacción química. Otros tipos de equilibrio incluyen equilibrio de fase y equilibrio de solución. Un equilibrio de fase ocurre cuando una sustancia está en equilibrio entre dos estados. Por ejemplo, un matraz tapado de agua alcanza el equilibrio cuando la velocidad de evaporación es igual a la velocidad de condensación. Un equilibrio de solución ocurre cuando una sustancia sólida está en una solución saturada. En este punto, la velocidad de disolución es igual a la velocidad de recristalización. Si bien todos estos son diferentes tipos de transformaciones, la mayoría de las reglas relativas al equilibrio se aplican a cualquier situación en la que un proceso ocurre de manera reversible.
Resumen
- El equilibrio químico es el estado de un sistema en el que la velocidad de la reacción directa es igual a la velocidad de la reacción inversa.
- Se listan las condiciones para el equilibrio químico.
- Un equilibrio de fase ocurre cuando una sustancia está en equilibrio entre dos estados.
- Un equilibrio de solución ocurre cuando una sustancia sólida está en una solución saturada.