Equilibrio Quimico

El estado de Equilibrio Químico es cuando la Reacción Directa y la Reacción Inversa ocurren a velocidades iguales y al mismo tiempo, dejando las especies químicas en cantidades constantes.

Las Reacciones pueden ocurrir en dos sentidos:

Reactivos generando Productos (Reacción Directa)

A + B --> C + D

Productos generando nuevamente Reactivos (Reacción inversa)

C + D --> A + B

A las Reacciones que son capaces de ocurrir en ambos sentidos se les llama Reacciones Reversibles, y se representan en la forma:

A + B C + D

La Condición de Equilibrio se encuentra en varios casos que involucran cambios físicos, como la Evaporación de Agua en una vasija cerrada. Aquí, el agua líquida está en equilibrio con su vapor cuando la velocidad a la que el agua se evapora coincide con la de condensación del vapor al estado líquido.

En otro ejemplo, un cristal de un sólido está en equilibrio con su disolución saturada cuando la cantidad de sólido que se disuelve es igual a la del sólido formado por cristalización de la disolución en el mismo intervalo de tiempo.

Las Reacciones Químicas Reversibles no llegan a su realización total. Estas reacciones químicas se verifican hasta alcanzar un estado de equilibrio en que las dos reacciones, Directa e Inversa de la misma se desarrollan simultáneamente con igual rapidez.

Factores que afectan la Velocidad de Reacción

La rapidez con que se transforma un determinado cuerpo reaccionante o se forma un producto determinado se denomina Velocidad de Reacción. Suele expresarse por el número de moles transformados o producidos en un volumen unidad (generalmente un litro) durante la unidad de tiempo. Esto es lo mismo que el Cambio de Concentración en cada unidad de Tiempo.

La velocidad de reacción depende de varios factores. Es necesario conocer qué factores son y cómo influyen sobre dicha velocidad.

1. Naturaleza de las sustancias reaccionantes: Se trata de las Naturalezas física y química de las sustancias que reaccionan. Si están finamente divididas de manera que las moléculas se encuentren en contacto, más rápido reaccionarán; si se trata de iones, partículas con cargas eléctricas activas, al entrar en contacto reaccionarán con una rapidez impresionante.
2. Temperatura: La velocidad de una reacción aumenta al elevar la temperatura. Un aumento aproximado de 10°C duplica la velocidad de reacción. Una reacción que requiere 2.28 horas para desarrollarse a 20°C, quedará terminada en 1.14 horas a 30°C. Al aumentar la Temperatura, se hace mayor la rapidez con que se mueven las moléculas de uno a otro lado y los choques entre ellas son más frecuentes y numerosos.
3. Agentes catalíticos: La velocidad de una reacción química puede acelerarse con ayuda de un catalizador, el cual puede actuar de muy diversas maneras. Por un lado, el Catalizador puede reaccionar produciendo un compuesto intermedio. Por otra parte, el Catalizador puede actuar como Agente de Contacto.
4. Concentración o Presión: El efecto de la Concentración sobre la velocidad de Reacción puede resumirse en la generalización establecida por Guldberg y Waage: “La velocidad de Reacción es proporcional a la concentración molecular de cada una de las sustancias reaccionantes”. Esta expresión se conoce con el nombre de Ley de Acción de Masas.

Explicación del Equilibrio químico

Se explicará lo que ocurre en una reacción reversible, examinando la reacción producida entre el Cloruro de Hidrógeno y el Oxígeno.

Es evidente que al principio de todo, sólo pueden reaccionar HCl y O₂. Esta reacción empezará a velocidad máxima pues las concentraciones de las sustancias reaccionantes tienen sus más altos valores. Sin embargo, a medida que avanza la reacción, disminuyen dichas concentraciones, y, por tanto, también la velocidad a que aquellas reaccionan.

4HCl + O₂ 2Cl₂ + 2H₂O

Reacción Reversible del HCl con el O₂

En los momentos iniciales habrá pocas moléculas de Cloro y de Agua, pero luego van aumentando en número, acelerándose entonces la reacción inversa.

Se presentará entonces un sistema en que una reacción iniciada a velocidad máxima va retardándose gradualmente, y la inversa, que comienza a velocidad cero, se acelera de modo continuo, hasta que, necesariamente, las velocidades en ambos sentidos llegan a ser iguales.

Cuando se alcanza este estado, las cuatro sustancias se forman tan rápidamente como se consumen; sus concentraciones permanecen constantes, las velocidades de reacción no se modifican, y las dos reacciones opuestas continúan a igual velocidad.

No es que cese ninguna de ellas; las moléculas chocan constantemente entre si  y sufren cambios químicos. Se trata, pues de una Actividad compensada y no de un Estado de Reposo. Todas las reacciones reversibles pueden conducir a este estado de acción aparentemente suspendida, de equilibrio químico.

Ejemplos de Equilibrio químico

Reacción de Cloruro de Hidrógeno HCl y Oxigeno O₂

4HCl + O₂ 2Cl₂ + 2H₂O

Reacción de Hidrógeno H₂ y Dióxido de Carbono CO₂

H₂ + CO₂ H₂O + CO

Descomposición de Pentacloruro de Fósforo PCl₅

PCl₅ PCl₃ + Cl₂

Reacción de Formación de Amoniaco NH₃

3H₂ + N₂ 2NH₃

Reacción de Oxidación del Hierro

3Fe + 4H₂O Fe₃O₄ + 4H₂

Reacción de formación del Trióxido de Azufre SO₃

SO₂ + ½ O₂ SO₃

Reacción de reducción del Oxido Cúprico CuO

4CuO 2Cu₂O + O₂

Reacción de Formación del Sulfuro de Carbono CS₂

C + S₂ CS₂

Reacción de Disociación del Carbamato de Amonio NH₂COONH₄

NH₂COONH₄ 2NH₃ + CO₂

Reacción de Obtención de Cobre Metálico Cu

CuO + H₂ Cu + H₂O