El equilibrio químico
¿En el transcurso de las reacciones químicas, se consumen todos los reactivos por completo o, por el contrario, se detienen antes de llegar al final, es decir, antes de que alguno de los reactivos desaparezca?
La evidencia muestra que muchas reacciones químicas no se completan, aún cuando los relativos se encuentran en las proporciones estequiométricas adecuadas. Por ejemplo, la reacción que se produce entre el cobre y el ácido nítrico concentrado es:
Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
En este caso, la velocidad con que se combinan los reactivos para originar el producto es la misma con la que los productos se descomponen para dar los reactivos.
El dióxido de nitrógeno, NO2, es un gas de color rojo-marrón que se forman al introducir un alambre de cobre en ácido nítrico concentrado.
Si el NO2 generado se introduce en un recipiente cerrado, la coloración intensa que presenta se va debilitando como consecuencia de la formación de tetróxido de dinitrógeno, un gas incoloro:
A 298 oK, cuando aproximadamente el 92% del NO2 (g) pero, al mismo tiempo, la reacción inversa también se produce; es decir, algunas moléculas de N2O4 (g) se descomponen en dos moléculas de NO2 (g):
N2O4 (g) → 2NO2 (g)
Esto indica que se trata de un proceso químico reversible:
2NO2 (g) ⇄ N2O4 (g)
El estado de equilibrio dinámico consiste en que ambos procesos se producen a la misma velocidad: la velocidad con que se forma el producto es la misma que aquella con la que se descompone y, por tanto, las condiciones macroscópicas no cambian. En este caso se habla de equilibrio de reacción.
Tipos de equilibrio
Según el estado en que se encuentren los reactivos y productos involucrados en una reacción, podemos distinguir dos tipos de sistemas o equilibrios:
- Sistemas o equilibrios homogéneos: Cuando los reactivos y productos se hallan en la misma fase, como en el caso del NO2 (g) y el N2O4(g), ya que ambos están en estado gaseoso al alcanzar el equilibrio.
- Sistemas o equilibrios heterogéneos: Si tiene lugar entre reactivos y productos que se encuentran en distinto estado de agregación.
Reversibilidad química
¿Es posible que todas las reacciones puedan alcanzar el estado de
equilibrio?
¿A qué se debe?
Hemos visto en el equilibrio químico cómo hay reacciones químicas que no se completan, es decir, la transformación entre reactivos y productos es parcial, porque los productos pueden volver a generar los reactivos, y viceversa. En este caso, se dice que la reacción es reversible, ya que se produce en ambos sentidos.
Además, la velocidad de la reacción directa disminuirá a medida que se consuman los reactivos y, a su vez, la velocidad de la reacción inversa aumentará a medida que se forme más cantidad de producto.
En las ecuaciones químicas que representan reacciones reversibles, los reactivos y los productos se separan por medio de dos flechas que apuntan en sentidos opuestos:
A + B ⇄ C + D
Por el contrario, cuando la transformación de las sustancias es completa, se dice que la reacción irreversible los reactivos se consumen por completo, como ocurre en una combustión. Si quemamos papel o madera obtenemos como producto cenizas, gases, luz y calor. Este cambio es irreversible, pues de la unión de los productos de la combustión es imposible obtener de nuevo papel o madera y, por tanto, un proceso irreversible nunca podrá alcanzar el estado de equilibrio.
Son también irreversibles las reacciones de precipitación y aquellos procesos en que uno de los productos se desprende en forma de gas, si la reacción ocurre en un recipiente abierto.
Preguntas y Respuestas
¿Qué muestra la evidencia en la química?
La evidencia muestra que muchas reacciones químicas no se completan, aún cuando los relativos se encuentran en las proporciones estequiométricas adecuadas. Por ejemplo, la reacción que se produce entre el cobre y el ácido nítrico concentrado es:
Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
¿Qué es el dióxido de nitrógeno?
El dióxido de nitrógeno, NO2, es un gas de color rojo-marrón que se forman al introducir un alambre de cobre en ácido nítrico concentrado.
¿Qué pasa si el dióxido de nitrógeno se introduce en un recipiente?
Si el NO2 generado se introduce en un recipiente cerrado, la coloración intensa que presenta se va debilitando como consecuencia de la formación de tetróxido de dinitrógeno, un gas incoloro:
A 298 oK, cuando aproximadamente el 92% del NO2 (g) pero, al mismo tiempo, la reacción inversa también se produce; es decir, algunas moléculas de N2O4 (g) se descomponen en dos moléculas de NO2 (g):
N2O4 (g) → 2NO2 (g)
Esto indica que se trata de un proceso químico reversible:
2NO2 (g) ⇄ N2O4 (g)
¿En qué consiste el estado de equilibrio dinámico?
El estado de equilibrio dinámico consiste en que ambos procesos se producen a la misma velocidad: la velocidad con que se forma el producto es la misma que aquella con la que se descompone y, por tanto, las condiciones macroscópicas no cambian. En este caso se habla de equilibrio de reacción.
¿Cuáles son los tipos de equilibrio?
Según el estado en que se encuentren los reactivos y productos involucrados en una reacción, podemos distinguir dos tipos de sistemas o equilibrios:
- Sistemas o equilibrios homogéneos: Cuando los reactivos y productos se hallan en la misma fase, como en el caso del NO2 (g) y el N2O4(g), ya que ambos están en estado gaseoso al alcanzar el equilibrio.
- Sistemas o equilibrios heterogéneos: Si tiene lugar entre reactivos y productos que se encuentran en distinto estado de agregación.
¿Es posible que todas las reacciones puedan alcanzar el estado de equilibrio?, ¿A qué se debe?
Hemos visto en el equilibrio químico cómo hay reacciones químicas que no se completan, es decir, la transformación entre reactivos y productos es parcial, porque los productos pueden volver a generar los reactivos, y viceversa. En este caso, se dice que la reacción es reversible, ya que se produce en ambos sentidos.
Además, la velocidad de la reacción directa disminuirá a medida que se consuman los reactivos y, a su vez, la velocidad de la reacción inversa aumentará a medida que se forme más cantidad de producto.
En las ecuaciones químicas que representan reacciones reversibles, los reactivos y los productos se separan por medio de dos flechas que apuntan en sentidos opuestos:
A + B ⇄ C + D
Por el contrario, cuando la transformación de las sustancias es completa, se dice que la reacción irreversible los reactivos se consumen por completo, como ocurre en una combustión. Si quemamos papel o madera obtenemos como producto cenizas, gases, luz y calor. Este cambio es irreversible, pues de la unión de los productos de la combustión es imposible obtener de nuevo papel o madera y, por tanto, un proceso irreversible nunca podrá alcanzar el estado de equilibrio.
Son también irreversibles las reacciones de precipitación y aquellos procesos en que uno de los productos se desprende en forma de gas, si la reacción ocurre en un recipiente abierto.
- - ►☺ Derick Reyes ☺◄ - -
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