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EQUILIBRIO QUIMICO

EQUILIBRIO DINÁMICO


Reacciones reversibles

Las reacciones reversibles son aquellas que pueden ir en ambas direcciones. 

En una reacción reversible común, cuando se calienta fuertemente carbonato de calcio este se descompone para formar óxido de calcio y dióxido de carbono. Pero el óxido de calcio también reacciona con el dióxido de carbono para formar carbonato de calcio:


CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)

La doble flecha indica que la reacción es reversible.



Equilibrio

La descomposición de CaCO3 es reversible, pero ¿qué sucedería si colocamos el carbonato de calcio sólido en un recipiente abierto y lo mantenemos a temperatura ambiente por un largo periodo de tiempo? (Ver figura).

Todo el carbonato de calcio se convierte en óxido de calcio porque el dióxido de carbono que se desprende escapa y no está disponible para reaccionar con el óxido de calcio para volver a formar carbonato de calcio.



En un contenedor abierto todo el carbonato de calcio se convierte en óxido de calcio



Si realizamos exactamente el mismo experimento, a la misma temperatura, pero con el carbonato de calcio en un contenedor sellado, ocurre que después de la misma cantidad de tiempo aún tenemos algo de carbonato de calcio presente. 



Sin importar cuánto tiempo continuemos el experimento (manteniendo constante la temperatura), las cantidades de carbonato de calcio, óxido de calcio y dióxido de carbono permanecen iguales. La reacción parece haberse detenido y decimos que el sistema ha alcanzado el estado de equilibrio.

La reacción no se ha detenido sino que está ocurriendo en ambas direcciones a velocidades iguales. 

En otras palabras, el carbonato de calcio se descompone para dar óxido de calcio y dióxido de carbono a la misma velocidad exactamente que el óxido de calcio y el dióxido de carbono se recombinan para formar carbonato de calcio.


Este tipo de equilibrio se llama equilibrio dinámico. 


Todos los equilibrios en química son dinámicos.




En un sistema cerrado se consigue un estado de equilibrio




En el equilibrio dinámico las propiedades macroscópicas son constantes (las concentraciones de todos los reactantes y productos permanecen constantes) y la velocidad de la reacción directa es igual a la velocidad de la reacción inversa.

Equilibrio y velocidad de reacción

Consideremos la reacción:


 H2 (g) + I2 (g) ⇆  2HI (g)


Si comenzamos solo con hidrógeno y yodo gaseosos en un contenedor cerrado a cierta
temperatura y registramos el cambio en la concentración de hidrógeno y yoduro de hidrógeno en función del tiempo, debemos obtener un gráfico como el que se muestra en la figura.






El Gráfico  muestra cómo cambia la concentración de H2 y HI en función del tiempo


Al principio disminuye la concentración de H2 hasta que se nivela al alcanzar el equilibrio. La concentración de HI inicialmente es cero pero esta se incrementa hasta que deja de cambiar cuando se alcanza el equilibrio. Si se traza un gráfico de velocidad en función del tiempo para las reacciones directa e inversa se obtiene la forma mostrada en la figura.





El Gráfico muestra cómo las velocidades de las reacciones directa e inversa cambian

hasta que la reacción reversible alcanza el equilibrio.



Características del estado de equilibrio


1. Las propiedades macroscópicas son constantes en el equilibrio: las concentraciones de todos los reactantes y productos permanecen constantes.

2. La velocidad de reacción directa es igual a la velocidad de reacción inversa.


3. El equilibrio se puede alcanzar únicamente en un sistema cerrado. Un sistema cerrado es aquél en el cual no hay intercambio de materia con los alrededores. 
Como se vio anteriormente, si se calienta carbonato de calcio en un recipiente abierto nunca se alcanza el equilibrio ya que el dióxido de carbono se escapa y no hay manera de que se recombine con el óxido de calcio. En efecto, en una reacción que ocurre en solución y no involucra la producción de gas representa un sistema cerrado.

4. Todas las especies en la ecuación química están presentes en la mezcla de reacción en equilibrio. 

Por ejemplo, si se permite que hidrógeno y nitrógeno alcancen el equilibrio de acuerdo a la ecuación: 

N2 (g) + 3N2 (g) ⇆ 2NH3 (g)



la mezcla de reacción en el equilibrio contiene hidrógeno, nitrógeno y amoníaco.


5. El equilibrio se puede alcanzar en cualquier dirección. 

Consideremos el equilibrio:



CH3COOH (l) + C2H5OH (l)  ⇆ CH3COOCH2CH3 (l) + H2O (l)
   ácido etanoico                       etanol                                 etanoato de etilo                            agua


Si mezclamos ácido etanoico y etanol en presencia de un catalizador ácido y se les deja a 60°C alcanzan el equilibrio. Si hacemos lo mismo empezando con etanoato de etilo y agua, ellos también alcanzan el equilibrio. Un estado de equilibrio en el cual las cuatro especies están presentes puede alcanzarse mezclando:

- Ácido etanoico y etanol

- Etanoato de etilo y agua

- Las cuatro sustancias

- Cualquiera de las tres sustancias


En cada caso se alcanza el equilibrio, pero las concentraciones presentes en el equilibrio dependen en la cantidad de cada sustancia con la cual se empieza.




DE(LR)2

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