El equilibrio químico es un estado que se logra en una reacción reversible cuando
la velocidad de formación de productos iguala la velocidad de producción de
reactivos.
En este estado, las concentraciones de los productos y reactivos permanecen
constantes (ESTADO DINÁMICO), lo que implica la ausencia de cambios netos en
sus concentraciones a pesar que siguen reaccionando entre si las sustancias
presentes.
3. OBJETIVOS
Conocer el fundamento de equilibrio químico.
Comprender el principio fundamental de la ley de Le
Chatelier y como está presente en los equilibrios químicos.
Entender el concepto del producto de solubilidad (Kps) y su
relación con la solubilidad y concentración de compuestos
iónicos en una solución.
Comprender cómo la presencia de un ion común afecta el
equilibrio de una solución y su producto de solubilidad.
4. ¿Qué es equilibrio químico?
El equilibrio químico es un estado que se logra en una reacción reversible cuando
la velocidad de formación de productos iguala la velocidad de producción de
reactivos.
En este estado, las concentraciones de los productos y reactivos permanecen
constantes (ESTADO DINÁMICO), lo que implica la ausencia de cambios netos en
sus concentraciones a pesar que siguen reaccionando entre si las sustancias
presentes.
5. REACCIONES REVERSIBLES
Una reacción química es reversible si
puede llevarse a cabo en ambos
sentidos y alcanza el equilibrio cuando:
la velocidad de la reacción directa
(reactantes productos) se iguala a
la velocidad de la reacción inversa
(productos reactantes).
Las reacciones nunca llegan a
completarse aunque pareciera que
hubieran concluido. Cada punto inicial de una reacción conduce a un punto de equilibrio.
6. EQUILIBRIO QUÍMICO
Donde:
Vd , (velocidad directa), es la
velocidad de formación de los
productos.
Vi , (velocidad inversa), es la
velocidad de descomposición de
los productos.
Cuando las velocidades son iguales,
el sistema está en equilibrio.
7. EQUILIBRIO QUÍMICO
- Al alcanzar un equilibrio
(estabilización de reactantes y
productos), las propiedades del sistema
permanecen constantes (tº, presión,
densidad y concentración).
EJEMPLO 1: SEA LA REACCIÓN
8. EQUILIBRIO QUÍMICO
En el equilibrio, el sistema se
considera desplazado a la
derecha si hay más cantidad
de productos (C Y D) que
reactivos (A Y B),
y se desplaza a la izquierda si
hay más cantidad de
reactivos (A Y B) que
productos (C Y D).
SISTEMA EN EQUILIBRIO
REPRESENTACIÓN DE UN SISTEMA EN EQUILIBRIO
DONDE PREDOMINAN LOS REACTIVOS. EQUILIBRIO
DESPLAZADO A LA IZQUIERDA.
FIGURA: SISTEMA EN EQUILIBRIO CUANDO PREDOMINAN LOS REACTIVOS O LOS PRODUCTOS
REPRESENTACIÓN DE UN SISTEMA EN EQUILIBRIO
DONDE PREDOMINAN LOS PRODUCTOS.
EQUILIBRIO DESPLAZADO A LA DERECHA.
9. EQUILIBRIO QUÍMICO
CARACTERÍSTICAS:
Es reversible.
Estado dinámico y constante donde ocurren 2 reacciones simultaneas
directa e inversa.
El equilibrio se alcanza cuando las velocidades de la reacción son
iguales.
La temperatura es la variable fundamental que controla el equilibrio.
En un equilibrio HOMOGÉNEO, todos los compuestos que intervienen
están en el mismo estado físico.
En un equilibrio HETEROGÉNEO, al menos uno de los compuestos está en
un estado físico diferente.
10. LEY DE ACCIÓN DE MASAS
Menciona la relación entre las concentraciones de los reactivos y
productos en una reacción química en equilibrio.
La “ley de acción de masas” es la expresión que representa la constante
de equilibrio Kc en sistemas homogéneos (sustancias en el mismo estado
ya sea solución o en estado gaseoso) para una reacción reversible,
manteniendo una temperatura constante.
Ley formulada por los científicos Noruegos C.M. Guldberg y P. Waage.
Quienes reconocieron que el equilibrio es dinámico y no estático.
11. CONSTANTE DE EQUILIBRIO
La expresión de Kc es el cociente que relaciona las concentraciones molares
de productos y reactantes.
Si tenemos un equilibrio de forma:
.
-LA VELOCIDAD DE LA REACCIÓN
DIRECTA O HACIA LA DERECHA, SERÁ:
- MIENTRAS QUE PARA LA REACCIÓN
INVERSA SERÁ:
12. CONSTANTE DE EQUILIBRIO
En las expresiones de Kd y Ki, que representan las constantes de velocidad específicas para las reacciones de derecha e
izquierda respectivamente, se establece que ambas velocidades son iguales en el equilibrio, expresado como Vd = Vi, por ello se
cumple lo siguiente:
Al trasladar ambas constantes al
mismo lado de la ecuación, y las
concentraciones al lado opuesto,
se obtiene la siguiente relación en
el equilibrio:
Dado que las temperaturas
durante el proces Kd y Ki son
constantes, se puede describir
que:
Por tanto: ésta constante,
Kc, es la que se denomina
CONSTANTE DE
EQUILIBRIO.
13. CONSTANTE DE EQUILIBRIO
Cuando se calcula la constante de equilibrio se debe tener en cuenta lo
siguiente:
1)La concentración de
los solutos debe
expresarse en
moles/litro
(molaridad).
2)La concentración de
los gases debe
expresarse en
atmosferas.
3) Cuando un
reactante está en
estado sólido o líquido,
su concentración no se
refleja en la expresión
de equilibrio, ya que
permanece constante
(UNO)
14. CONSTANTE DE EQUILIBRIO
La proporción entre reactivos y productos en el equilibrio químico, es la
siguiente:
Cuando K > 1, la reacción tiene un rendimiento alto, se desplaza a la
derecha (productos).
Cuando K < 1, la reacción es muy reversible y se dice que se encuentra
desplazada a la izquierda
Cuando k = 1, es la reacción en la que se obtiene 50% de reactivo y 50%
de productos.
19. Existe una ley que ayuda a predecir la
dirección en que se desplazará el equilibrio
cuando sufra alguna perturbación o
cambio :
.
FACTORES QUE
MODIFICAN EL
EQUILIBRIO QUÍMICO
20. LEY DE LE CHATELIER
ESTABLECE QUE SI SE APLICA UN CAMBIO A UN SISTEMA
EN EQUILIBRIO (CONCENTRACION DE REACTIVOS Y
PRODUCTOS, PRESIÓN O TEMPERATURA), EL SISTEMA
AJUSTARÁ SUS CONDICIONES PARA CONTRARRESTAR ESE
CAMBIO Y RESTABLECER EL EQUILIBRIO.
21. El equilibrio químico puede ser
afectado por cambios en la
temperatura, presión, concentración
de reactantes o productos, y la
presencia de catalizadores. Estos
factores pueden desplazar la posición
del equilibrio hacia la formación de
mas productos o hacia la formación
de mas reactantes.
FACTORES QUE MODIFICAN
EL EQUILIBRIO QUÍMICO
22. FACTORES QUE MODIFICAN EL
EQUILIBRIO QUÍMICO
Cambios en la Temperatura: la temperatura es
especial porque no solo afecta al equilibrio
químico, sino que también puede cambiar el valor
de la Kc, alterando así la dirección de la reacción.
Cambios en la presión, volumen y concentración:
Cambios en estas variables no cambian los valores de Kp
y Kc, pero si pueden efectar las concentraciones
individuales que permanecen constantes, impactando en
el equilibrio químico.
Presencia de catalizadores: No alteran la posición del
equilibrio, pero aceleran la velocidad a la que se
alcanza.
23. APLICACIONES DE EQUILIBRIO QUÍMICO EN LA VIDA
COTIDIANA
El equilibrio entre el ácido carbónico y los iones
bicarbonato ayudan a mantener el PH sanguíneo
dentro de un rango estrecho, lo cual es vital para el
funcionamiento adecuado de las enzimas y otras
funciones biológicas.
Este equilibrio es fundamental para regular la acidez
en el cuerpo y asegurar que las reacciones químicas
esenciales ocurran de manera eficiente.
El ion bicarbonato se encarga de neutralizar el ácido
introducido en la sangre a través de otros procesos
metabólicos (por ejemplo, ácido láctico, cuerpos de
cetona); del mismo modo, cualquier base (por ejemplo, la
urea del catabolismo de las proteínas) se neutraliza con
ácido carbónico (H2CO3)
EN EL CUERPO HUMANO:
EL SISTEMA DE TAMPON
DE BICARBONATO EN LA
SANGRE.
24. APLICACIONES DE EQUILIBRIO QUÍMICO EN LA VIDA A
ELEVADAS ALTITUDES
A una altura de 3 kilómetros sobre el nivel del mar, la presión
parcial del oxigeno es tan solo de 0,14 atm, en comparación con 0,2
atm al nivel del mar. Según el principio de Le Chatelier, una
disminución en la concentración del oxigeno desplazara el
equilibrio en la ecuación hacia izquierda. Este cambio consume la
oxihemoglobina en el cuerpo causando la hipoxia (ausencia de
oxigeno). Si le da el tiempo suficiente, el organismo puede
compensar esta adversidad produciendo una mayor cantidad de
hemoglobina. El equilibrio se desplazara entonces gradualmente de
nuevo a la derecha (reacción directa), favoreciendo la formación
de oxihemoglobina. El aumento de la producción de hemoglobina se
lleva a cabo lentamente, y se requiere 2 a 3 semanas para
desarrollarse. Se ha demostrado que los residentes de la zona de
gran altitud tiene altos niveles de hemoglobina en la sangre; a
veces tanto como 50% más que las personas que viven al nivel del
mar.
LA HEMOGLOBINA EN LAS ALTURAS
26. Se dan cuando un compuesto iónico reacciona con el disolvente,
formando sustancias insolubles.
Se dice que la disolución está saturada, pues no admite más cantidad
de soluto. La relación entre las concentraciones de los iones de la fase
sólida (precipitado en el fondo del vaso) y los iones de la fase líquida
constituye la expresión de equilibrio: disolución-precipitación que, como
tal, tiene un carácter dinámico.
REACCIONES DE PRECIPITACIÓN
27. Las reacciones de precipitación, se utilizan con tres fines
diferentes al formar un sólido insoluble (precipitado):
Separación y eliminación de compuestos iónicos.
Identificación de iones específicos.
Análisis químico cuantitativo específicamente en
procedimientos volumétricos para determinar ciertos aniones
y cationes.
28. DISOLUCIÓN SATURADA
Aquella que contiene la máxima cantidad de soluto que puede disolverse
en una determinada cantidad de disolvente a una temperatura dada.
29. A) SOLUBILIDAD (s)
Indica la cantidad máxima de soluto que puede disolverse en un
solvente a una temperatura y presión específicas. Alterar estos factores,
puede impactar en la solubilidad y, consecuentemente, modificar el
equilibrio en sistemas disueltos.
EXISTEN LAS SIGUIENTES COMPUESTOS :
COMPUESTOS IÓNICOS SOLUBLES
COMPUESTOS IÓNICOS POCO SOLUBLES
COMPUESTOS IÓNICOS INSOLUBLES
Se disuelven a una concentración significativa.
Solo un fracción del compuesto se disuelve.
Tienen una baja capacidad para disolverse.
30. DINÁMICO
HETEROGÉNEO
REACCIÓN DIRECTA: DISOLUCIÓN EQUILIBRIO DE SOLUBILIDAD
REACCIÓN INVERSA: PRECIPITACIÓN EQUILIBRIO DE PRECIPITACIÓN
Es una medida de solubilidad de un compuesto iónico en equilibrio con sus iones en una
solución saturada. .
EQUILIBRIO DE SOLUBILIDAD Y
PRECIPITACIÓN
31. Por lo tanto el equilibrio de solubilidad,
La Kps permite calcular la solubilidad
de una sustancia poco soluble que se
ioniza en agua.
Analiza como varía la solubilidad por
la presencia de un ión común.
Cuando hay presencia de mas de un
catión o anión que precipita con el
mismo reactivo, nos permite predecir
cual de ellos precipitará primero.
32. TEMPERATURA
FACTOR ENERGÉTICO
FACTOR ENTRÓPICO
FACTORES QUE DEPENDEN DE LA SOLUBILIDAD DE LOS
COMPUESTOS IÓNICOS
La mayoría de las sustancias aumentan su
solubilidad con la temperatura.
Cuanto mayor es el aumento de entropía o
desorden de una sustancia al disolverse, mayor
es su solubilidad.
Cantidad de energía implicada en el proceso
de disolución (endotérmico o exotérmico).
LA SOLUBILIDAD DE UNA SAL ESTÁ DETERMINADA POR LA
COMBINACIÓN DE LOS FACTORES ENERGÉTICO Y
ENTRÓPICO. LA INTERACCIÓN CONTRIBUYE A LA
SOLUBILIDAD, DETERMINANDO SI UNA SUSTANCIA SE
DISOLVERÁ MAS O MENOS EN UN SOLVENTE.
Existen sales que se disuelven más que otras. Por lo tanto la solubilidad de un
compuesto iónico depende de tres factores:
33. Al mezclar dos disoluciones en las que existen iones capaces de formar una sal insoluble y
en concentración suficiente, se observa que la precipitación se produce instantáneamente.
La reacción de disolución (y su inverso, la precipitación) forman una reacción reversible en
equilibrio.
B) PRODUCTO DE SOLUBILIDAD (Kps)
Si mezclamos dos disoluciones compuestas por Pb(NO3)2 + KI, observamos un precipitado, de color
amarillo intenso, de yoduro de plomo(II) que se produce al instante.
34. Es una medida de la solubilidad de un compuesto iónico en equilibrio con sus iones en una
solución saturada. Para sales poco solubles.
B) PRODUCTO DE SOLUBILIDAD (Kps)
Donde:
A Y B con sus respectivas
cargas, son el compuesto
iónico.
y los corchetes significa
las concentraciones de
los iones en la solución.
35. La Asociaciación de Kps como la constante de producto iónico está relacionada con la
solubilidad de una especie química en solución acuosa, se puede describir de forma general:
Condiciones de precipitación y disolución:
36. La Kps proporciona información sobre la solubilidad de un compuesto iónico y cómo cambia
con las concentraciones de los iones en la solución.
Reacción de precipitación: formación de un precipitado en el transcurso de la valoración.
C) RELACIÓN ENTRE LA “Kps”, CONCENTRACIÓN Y
SOLUBILIDAD
41. Generalmente un aumento de temperatura facilita el proceso de disolución
de un soluto.
EFECTO DE LA TEMPERATURA
1.
2. EFECTO DEL DISOLVENTE
La presencia de un disolvente con una elevada constante
dieléctrica, hace que bajen bastante las fuerzas de atracción entre
los iones lo que hace que se debiliten sus enlaces y aumente la
solubilidad.
42. EL AUMENTO DE UN ION EN EXCESO EN UN PRECIPITADO AFECTA
LA SOLUBILIDAD DEL COMPUESTO, FENÓMENO CONOCIDO COMO
EFECTO DEL ION COMÚN (LA SOLUBILIDAD DISMINUYE).
APLICAR EL PRINCIPIO DE LE CHÂTELIER A LA ECUACIÓN
QUÍMICA DEL EQUILIBRIO ENTRE EL SOLUTO DISUELTO Y NO
DISUELTO, REVELA QUE EL EXCESO DEL ION COMÚN REPRIME LA
SOLUBILIDAD DE LA SUSTANCIA.
3. EFECTO DEL ION COMÚN
43. Si tenemos el siguiente equilibrio de solubilidad que se basa en el producto de solubilidad
(Kps).
EFECTO DEL IÓN COMÚN
Y aumentamos la concentración de uno de los iones, la reacción se desplazará hacia la
izquierda, aumentando la formación de AB (s), donde cierta cantidad precipitará
lográndose el EFECTO DEL IÓN COMÚN. EJEMPLO:
Por tanto, se puede afirmar que la solubilidad de una sustancia disminuye (o lo que es
lo mismo, aumenta la precipitación) por adición de un exceso de agente precipitante.
44. 4. FORMACIÓN DE UN ION COMPLEJO
ESTABLE
La disolución de precipitados
también se logra mediante la
formación de iones complejos
estables (ion metálico se combina
con ligandos mediante enlaces). De
esta forma se pueden disolver
precipitados de AgCl, Agl, Etc.
45. 5. PROCESOS REDOX
La influencia de los sistemas redox afecta la
solubilidad de los precipitados porque algunos
iones experimentan oxidación o reducción,
disminuyendo su concentración en la
disolución y desplazando el equilibrio de
precipitación para mantener la constante de
equilibrio.
46. SEPARACIÓN DE IONES POR PRECIPITACIÓN
FRACCIONADA
Es un proceso en la que dos o más iones en disolución , todos
ellos capaces de precipitar con un mismo reactivo común, se
separan mediante ese reactivo: un ion precipita mientras el otro
o los otros, permanecen en disolución.
La condición principal es que se formen precipitados con una
diferencia significativa en las solubilidades (normalmente una
diferencia significativa en sus valores de Kps).
Por lo tanto, a partir de los Kps, podemos anticipar que ion
precipita primero y si la precipitación será completa al
comenzar la formación del segundo precipitado.
47. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
SKOOG, D.; WEST, D.; HOLLER, F.; CROUCH, S. (2015). FUNDAMENTOS DE
QUÍMICA ANALÍTICA. 9NA EDICIÓN. EDITORIAL CENGAGE LEARNING
EDITORES S.A.
QUÍLEZ, J. ET AL. 1998. UNA PROPUESTA CURRICULAR PARA EL
EQUILIBRIO QUÍMICO BASADA EN EL ESTUDIO DEL PRINCIPIO DE LE
CHATELIER . PROYECTO DE INVESTIGACIÓN SUBVENCIONADO POR EL CIDE
(1996-1998).
CHANG, R.:”QUÍMICA” 10ª EDICIÓN, ED. MCGRAW-HILL, MÉXICO, 2010,
PÁG. 735-742; 124-125
