El documento trata sobre conceptos fundamentales de equilibrio químico. Explica que el equilibrio químico ocurre cuando las concentraciones de reactivos y productos se estabilizan, formándose y deshaciéndose a la misma velocidad. También define la constante de equilibrio como la relación entre las concentraciones de reactivos y productos en equilibrio. Finalmente, detalla algunos factores que afectan la velocidad de las reacciones químicas, como la temperatura, estado de los reactivos y su concentración.

1. EQUILIBRIO QUÍMICO

2. ¿Qué es el equilibrio químico?
Es una reacción que nunca llega a completarse, pues se produce
simultáneamente en ambos sentidos (los reactivos forman
productos, y a su vez, éstos forman de nuevo reactivos). Es decir, se
trata de un equilibrio dinámico.
Cuando las concentraciones de cada una de las sustancias que
intervienen (reactivos o productos) se estabiliza, es decir, se gastan a
la misma velocidad que se forman, se llega al EQUILIBRIO QUÍMICO.

4. Constante de equilibrio
En el equilibrio las concentraciones de reactivos y productos
permanecen constantes en determinadas condiciones de
presión y temperatura. A la relación que hay entre estas
concentraciones, expresadas en molaridad [mol/L], se le llama
constante de equilibrio.
El valor de la constante de equilibrio depende de la
temperatura del sistema, por lo que siempre tiene que
especificarse.

5. Así, para una reacción reversible, se puede generalizar:

6. Energía de activación
Suele utilizarse para denominar la energía mínima necesaria para
que se produzca una reacción química dada. Para que ocurra una
reacción entre dos moléculas, éstas deben colisionar en la
orientación correcta y poseer una cantidad de energía mínima. A
medida que las moléculas se aproximan, sus nubes de electrones se
repelen. Esto requiere energía (energía de activación) y proviene del
calor del sistema, es decir de la energía traslacional, vibracional,
etcétera de cada molécula.

8. Energía de Ionización
Cantidad mínima de energía que hay que suministrar a un átomo
neutro gaseoso y en estado fundamental para arrancarle el e-enlazado
con menor fuerza, es decir, mide la fuerza con la que está
unido el e- al átomo.
En una energía muy elevada para lo gases nobles y es necesaria una
mayo cantidad de energía.

9. Las energías de ionización pequeña indican que los e- se arrancan
con facilidad.
A medida que aumenta n el e- está más lejos del núcleo, la atracción
es menor y por lo tanto, la energía de ionización es menor.
En el mismo periodo aumenta la carga nuclear y la energía de
ionización tiene valores más grandes.

10. Energía de disociación
Es una manera de medir la fuerza de un enlace químico. Se puede
definir como la energía que se necesita para disociar un enlace
mediante homólisis.

11. Energías de enlace
Una reacción química consiste en un nuevo reagrupamiento de los
átomos de los reactivos para formar los productos. Esto supone la
ruptura de ciertos enlaces y la formación de otros nuevos. Si se
conocen las energías necesarias para romper dichos enlaces, se
podría calcular la entalpía de la reacción.

12. Cuanto más alta sea la energía de enlace, querrá decir que más costará romperlo,
por lo que el enlace será más fuerte y más estable.
Como en la mayoría de las ocasiones se suele trabajar a presión constante, la
variación de las energías de enlace coincidirá con la variación de entalpía de la
reacción.
En la siguiente tabla te damos las entalpías o energías de enlace más corrientes:
Enlace Energía (KJ/mol) Enlace Energía (KJ/mol)
H – H 436 C = C 610
C – H 415 C = N 615
N – H 390 C = O 730
O – H 460 N = N 418
C – C 347 O = O 494
C – N 285 C ≡ C 830
C – O 352 C ≡ N 887
N – N 159 N ≡ N 946

13. Como puedes observar, todas las energías de enlace son positivas, ya
que siempre hay que aportar energía para romper cualquier enlace.
Por otro lado, las energías de formación de un enlace será la misma
pero con el signo negativo, ya que en este caso la energía será
liberada.
A partir de estas energías medias de enlace pueden calcularse
aproximadamente las entalpías de reacción entre sustancias
gaseosas de la siguiente manera:

14. Enlace intermolecular
Dentro de una molécula, los átomos están unidos mediante fuerzas
intramoleculares (enlaces iónicos, metálicos o covalentes,
principalmente). Estas son las fuerzas que se deben vencer para que
se produzca un cambio químico. Son estas fuerzas, por tanto, las
que determinan las propiedades químicas de las sustancias.
Existen otras fuerzas intermoleculares que actúan sobre distintas
moléculas o iones y que hacen que éstos se atraigan o se repelan.
Estas fuerzas son las que determinan las propiedades físicas de las
sustancias como, por ejemplo, el estado de agregación, el punto de
fusión y de ebullición, la solubilidad, la tensión superficial, la
densidad, etc.

16. Enlaces interatómicos
Este tipo de enlaces se da entre átomos de dos o mas elementos,
este tipo de enlaces a su vez se divide en tres tipos diferentes, cada
uno con propiedades diferentes a los otros, estos son:

17. ENLACE IÓNICO
Este tipo de enlace se da entre un elemento metal y un no metal, en él, el elemento metal cede
electrones al no metal, con esto el no metal llena su ultimo orbital y el metal queda con su
ultimo orbital completo, con esto, ambos alcanzan la estabilidad.
CARACTERISTICAS DE LOS COMPUESTOS FORMADOS POR ENLACES IONICOS:
Son solidos
Son buenos conductores del calor y la electricidad
Tienen altos puntos de fusión y ebullición
Se disuelven fácilmente en agua

18. ENLACE COVALENTE
Este tipo de enlace se da entre elementos no metales, en el los átomos lo forman comparten los
electrones de su ultimo orbital con los otros átomos para que así alcancen la estabilidad. En este
tipo de enlace, los átomos no ganan ni pierden electrones, los comparten,
CARACTERISTICAS DE LOS COMPUESTOS FORMADOS POR ENLACES COVALENTES:
Se pueden presentar en cualquier estado de agregación de la materia.
Son malos conductores del calor y la electricidad.
Tienen puntos de fusión y ebullición relativamente bajos.
Son solubles en diversos solventes pero no en el agua.

19. ENLACE METÁLICO
Este tipo de enlace se da solo entre metales, por medio de este, se mantienen unidos dos o mas
metales entre sí. En este tipo de enlace, al igual que en el enlace covalente, los átomos que lo
forman comparten sus electrones de valencia para alcanzar la estabilidad.
CARACTERÍSTICAS DE LOS COMPUESTOS FORMADOS POR ENLACES METALICOS:
Suelen ser sólidos, excepto el mercurio
Son excelentes conductores del calor y la electricidad
Sus puntos de ebullición y de fusión son muy variados
Presentan brillo

20. Energía exotérmica y endotérmica
Cuando una reacción libera energía en forma de calor o energía
térmica al entorno se dice que la reacción es exotérmica y cuando la
energía es suministrada del entorno para que se efectúe la reacción
es endotérmica.

21. Reacción exotérmica
En una reacción exotérmica la energía contenida en los reactivos es
mayor que la requerida en la formación de los productos, por esta
razón la energía no utilizada se libera.

22. Reacción endotérmica
En el caso de una reacción endotérmica la cantidad de energía
contenida en los reactivos es menor, con respecto a la necesaria para
la formación de los productos, por esta razón es necesario
suministrar constantemente energía del entorno para que la
reacción progrese.

23. Energía potencial relativa vs transcurso
de una reacción

25. Factores que afectan a la velocidad de una
reacción química

26. Temperatura
Al aumentar la temperatura, también lo hace la velocidad a la que se
mueven las partículas y, por tanto, aumentará el número de
colisiones y la violencia de estas. El resultado es una mayor velocidad
en la reacción. Se dice, de manera aproximada, que por cada 10 °C
de aumento en la temperatura, la velocidad se duplica.

27. Grado de División o Estado Físico de los
Reactivos
En general, las reacciones entre gases o entre sustancias en disolución son
rápidas ya que las mismas están finamente divididas, mientras que las
reacciones en las que aparece un sólido son lentas, ya que la reacción sólo tiene
lugar en la superficie de contacto.
Si en una reacción interactúan reactivos en distintas fases, su área de contacto
es menor y su rapidez también es menor. En cambio, si el área de contacto es
mayor, la rapidez es mayor.
Si los reactivos están en estado líquido o sólido, la pulverización, es decir, la
reducción a partículas de menor tamaño, aumenta enormemente la velocidad
de reacción, ya que facilita el contacto entre los reactivos y, por tanto, la colisión
entre las partículas.

28. Naturaleza de los reactivos
Dependiendo del tipo de reactivo que intervenga, una determinada
reacción tendrá una energía de activación:
Muy alta, y entonces será muy lenta.
Muy baja, y entonces será muy rápida.

29. Concentración de los reactivos
Si los reactivos están en disolución o son gases encerrados en un recipiente,
cuanto mayor sea su concentración, más alta será la velocidad de la reacción en
la que participen, ya que, al haber más partículas en el mismo espacio,
aumentará el número de colisiones.
El ataque que los ácidos realizan sobre algunos metales con desprendimiento de
hidrógeno es un buen ejemplo, ya que este ataque es mucho más violento
cuanto mayor es la concentración del ácido.
Para una reacción: aA + bB ® cC + dD
La variación de la velocidad de reacción con los reactivos se expresa, de manera
general, en la forma:
v = k [A]α [B]β

30. Presencia de un catalizador
Los catalizadores son sustancias que aumentan o disminuyen la
rapidez de una reacción sin transformarse. La forma de acción de los
mismos es modificando el mecanismo de reacción, empleando pasos
elementales con mayor o menor energía de activación. En ningún
caso el catalizador provoca la reacción química; no varía su calor de
reacción.Los catalizadores se añaden en pequeñas cantidades y son
muy específicos; es decir, cada catalizador sirve para unas
determinadas reacciones. El catalizador se puede recuperar al final
de la reacción, puesto que no es reactivo ni participa en la reacción.

31. Teoría de las colisiones
Propuesta por Max Trautz y William Lewis en 1916 y 1918,
cualitativamente explica como reacciones químicas ocurren y porque
las tasas de reacción difieren para diferentes reacciones.

32. Basada en la idea que partículas reactivas deben colisionar para que
una reacción ocurra, pero solamente una cierta fracción del total de
colisiones tiene la energía para conectarse efectivamente y causar
transformaciones de los reactivos en productos. Esto es porque
solamente una porción de las moléculas tiene energía suficiente y la
orientación adecuada (o ángulo) en el momento del impacto para
romper cualquier enlace existente y formar nuevas.
La cantidad mínima de energía necesaria para que esto suceda es
conocida como energía de activación.

33. Partículas de diferentes elementos reaccionan con otras por
presentar energía de activación con que aciertan las otras. Si los
elementos reaccionan con otros, la colisión es llamada de suceso,
pero si la concentración de al menos uno de los elementos es muy
baja, habrá menos partículas para otros elementos reaccionar con
aquellos y la reacción irá a suceder mucho más lentamente.
Con la temperatura, la energía cinética media y velocidad de las
moléculas aumenta, pero esto es poco significativo en el aumento en
el número de colisiones.

34. La tasa de reacción aumenta con la disminución de la temperatura
porque una mayor fracción de las colisiones sobrepasa la energía de
activación.
La teoría de las colisiones está íntimamente relacionada a la cinética
química.
Los átomos de las moléculas de los reactivos están siempre en
movimiento, generando muchas colisiones (choques). Parte de estas
colisiones aumentan la velocidad de reacción química. Cuantos más
choques con energía y geometría adecuada exista, mayor la
velocidad de la reacción.

35. Hay dos tipos de colisiones:
Horizontal – Colisión más lenta
Vertical – Colisión más rápida, colisión efectiva
Veamos los dos modelos de colisiones para la formación de dos moléculas
de HCl:
Colisión Horizontal:
Observemos que luego de la primer colisión existe formación de apenas
una molécula de HCl. La segunda molécula se formará en la segunda
colisión.
Colisión Vertical

37. Principio de Le Chatelier
Si en un sistema en equilibrio se modifica algún factor (presión, temperatura,
concentración,..) el sistema evoluciona en el sentido que tienda a oponerse a
dicha modificación.
Cuando algún factor que afecte al equilibrio varía, éste se altera al menos
momentáneamente. Entonces el sistema comienza a reaccionar hasta que se
reestablece el equilibrio, pero las condiciones de este nuevo estado de
equilibrio son distintas a las condiciones del equilibrio inicial. Se dice que el
equilibrio se desplaza hacia la derecha (si aumenta la contentración de los
productos y disminuye la de los reactivos con respecto al equilibrio inicial), o
hacia la izquierda (si aumenta la concentración de los reactivos y disminuye la
de los productos).

39. Cambios en la temperatura
Si en una reacción exotérmica aumentamos la temperatura cuando se haya alcanzado el
equilibrio químico, la reacción dejará de estar en equilibrio y tendrá lugar un desplazamiento del
equilibrio hacia la izquierda (en el sentido en el que se absorbe calor). Es decir, parte de los
productos de reacción se van a transformar en reactivos hasta que se alcance de nuevo el
equilibrio químico.
Si la reacción es endotérmica ocurrirá lo contrario.

40. Adición o eliminación de un reactivo o producto
Consideremos el siguiente equilibrio químico:
CO(g) + Cl2(g) Û COCl2(g)
para el que, a una cierta temperatura, se tiene:
Si se añade más cloro al sistema, inmediatamente después de la adición tenemos:
[Cl2]>[Cl2]eq1 [CO]=[CO]eq1 [COCl2]=[COCl2]eq1
Entonces:
Por tanto, el sistema no se encuentra en equilibrio. Para restablecer el equilibrio debe aumentar
el numerador y disminuir el denominador. Es decir, el sistema debe de evolucionar hacia la
formación del COCl2 (hacia la derecha).
Si disminuimos las concentraciones de CO, de Cl2 o de ambas, el equilibrio se desplaza hacia la
izquierda, ya que tiene que disminuir el numerador.
Un aumento de la concentración de os reactivos, o una disminución de los productos hace que
la reacción se desplace hacia la derecha. En cambio, una disminución de la concentración de los
reactivos, o un aumento de la concentración de los productos, hacen que la reacción se desplace
hacia la izquierda.

41. Efecto de cambios en la presión y el volumen
Las variaciones de presión sólo afectan a los equilibrios en los que intervienen
algún gas y cuando hay variaciones de volumen en la reacción.
En la reacción de formación del amoniaco, hay cuatro moles en el primer
miembro y dos en el segundo; por tanto, hay una disminución de volumen de
izquierda a derecha:
N2 (g) + 3 H2 (g) Û 2 NH3 (g)
Si disminuimos el volumen del sistema el efecto inmediato es el aumento de la
concentración de las especies gaseosas y , por tanto, de la presión en el
recipiente. Dicho aumento se compensa parcialmente si parte del N2 y del H2 se
combinan dando NH3, pues así se reduce el número total de moles gaseosos y,
consecuentemente, la presión total. El equilibrio se desplaza hacia la derecha.
Si aumentamos el volumen ocurrirá todo lo contrario.

42. Efecto de un catalizador
Los catalizadores son sustancias que aceleran las reacciones
químicas. No afectaran al equilibrio químico ya que aceleran la
reacción directa e inversa por igual. El único efecto es hacer que el
equilibrio se alcanza más rápidamente.

44. Equipo 4
- Itzel Roque