PRINCIPIOS TEORICOS

REACCIÓN QUÍMICA REVERSIBLE:

Antecedente Histórico

El concepto de reacción reversible fue introducido por Berthollet en 1803, después de observar la formación de cristales de carbonato de sodio en la orilla de una salina. Berthollet reconoció esta reacción: 2NaCl + CaCO3 Na2CO3 + CaCl2

Como la inversa de la conocida reacción Na2CO3 + CaCl2 2NaCl + CaCO3 Hasta entonces se pensaba que las reacciones químicas ocurrían siempre en un solo sentido. Berthollet dedujo que el exceso de sal (cloruro sódico, NaCl) en el lago fue lo que inclinó la reacción hacia su sentido inverso, formando carbonato de sodio. En 1864, Waage y Guldberg formularon la ley de acción de masas, que cuantifica las observaciones de Berthollet. Entre 1884 y 1888 Le Châtelier y Braun formularon el Principio de Le Châtelier que extendió esta idea contemplando el efecto de otros factores además de los cambios en la concentración, como son los cambios en la presión y la temperatura, y su efecto sobre el equilibrio químico de la reacción.

INTRODUCCION AL EQUILIBRIO QUIMICO:

Una reacción química es un proceso en el que una o más sustancias, que toman el nombre de reactantes, se transforman en otras sustancias diferentes, es decir, los productos de la reacción. Un ejemplo de reacción química es la formación de óxido de hierro producida al reaccionar el oxígeno del aire con el hierro.

Dichas reacciones pueden ser, ya sea Reversibles o Irreversibles. Las primeras, son las que al haber pasado de reactantes a productos, puede pasar nuevamente de producto a reactivo, es decir volver a su estado inicial. Las segundas por su parte, son aquellas que no son capases de regresar a su estado original luego de la reacción.

Las reacciones químicas poseen ciertas propiedades, como son la velocidad de reacción y el equilibrio químico. Nos enfocaremos en saber más sobre este último.

El equilibrio químico es sólo aplicable a las reacciones reversibles A medida que la reacción tiene lugar, disminuye la concentración de los reactivos según se van agotando. Del mismo modo, la velocidad de la reacción también decrece. Al mismo tiempo aumentan las concentraciones de los productos,

tendiendo a colisionar unos con otros para volver a formar los reactivos. Por último, la disminución de la velocidad de la reacción directa se equipara al incremento de la velocidad de la reacción inversa, y cesa todo cambio. El sistema está entonces en ‘equilibrio químico’, en el que las reacciones directa e inversa tienen lugar a la misma velocidad.

Reacción reversible:

Una reacción reversible es una reacción química que se efectúa en ambos sentidos simultáneamente, es decir, los productos reaccionan entre sí y regeneran a los reactivos.

aA + bB cC + dD

Consideremos por ejemplo la reacción de los reactivos A y B que se unen para dar los productos C y D, ésta puede simbolizarse con la siguiente ecuación química1

Los coeficientes estequiométricos, es decir, el número relativo de moles de cada sustancia que interviene en la reacción se indican como a,b para los reactivos y c,d para los productos, mientras que la doble flecha indica que la reacción puede ocurrir en uno u otro sentido, directo e inverso.

Puesto que la reacción puede proceder en ambas direcciones y el sentido neto de la reacción está definido por la presión, la temperatura y la concentración relativa de reactivos y productos en el medio en que se desarrolla, la definición de reactivos y productos en este tipo de reacciones es convencional y está dada por el tipo de proceso estudiado.

Los reactivos suelen estar en su máxima concentración al principio de la reacción, pero a medida que la reacción evoluciona y la concentración de los productos aumenta, también se incrementa la velocidad de la reacción inversa. Cuando este tipo de reacciones se llevan a cabo para obtener determinado producto suele ser necesario ir separando dicho producto del medio que reacciona a medida que se van introduciendo los reactivos.

Si no existe intervención externa (adición de reactivos, separación de productos o cambio de las condiciones de operación definidas básicamente por la presión y la temperatura) estas reacciones evolucionan espontáneamente hacia un estado de equilibrio en el que la velocidad de formación de productos iguala a la velocidad en que estos se transforman en reactivos.

Entonces, en el punto de equilibrio la velocidad neta de reacción, igual a la velocidad de la reacción directa menos la de la reacción inversa, o sea es cero.

En el equilibrio se cumple que:

Donde Vrd es la velocidad de reacción directa y Vri es la velocidad de reacción inversa, ambas en concentración por unidad de tiempo.

La velocidad de reacción tanto para la reacción directa e inversa está definida en relación directamente proporcional a sus concentraciones y una constante determinada para cada caso.

Si suponemos que las velocidades de reacción son iguales (la directa y la inversa), entonces tendríamos la siguiente ecuación:

Las concentraciones manejadas en la ecuación anterior son las

concentraciones en el a equilibrio.

El cociente

es una cantidad que depende de la temperatura del sistema

reaccionante, y se la denomina la constante de equilibrio químico K (constante

pues; aunque depende de la temperatura, no depende de las concentraciones

de reactivos y productos).

Clases De Equilibrio

Homogéneo

Consta de una fase única, bien sea gaseosa o líquida. Todos los componentes

(reactantes y productos) se hallan en la misma fase.

Heterogéneos

Todos sus componentes (reactantes y productos) pueden encontrarse en dos o

más estados. No se les pueden aplicar la ley atracción de masas, ya que sus

moléculas se mueven libre y desordenadamente, pero si se considera solo la

fase en que las concentraciones de los reactivos son variables, si se pude

aplicar esta ley.

Moleculares:

Es cuando los sistemas implican moléculas, generalmente, en estado gaseoso.

En solución: Cuando el sistema se encuentra en disolución acuosa.

LEY DE EQUILIBRIO QUÍMICO

También conocida como ley de acción de masas o ley de Gulberg-Waage.

Considerando los factores que afectan la velocidad de una reacción química, se

observa que hay una razón lógica para que la velocidad de la reacción dependa

de la concentración (o presión) de los reactivos. Esto se resume en la llamada

ley de acción de masas, formuladas por los científicos noruegos Guldberg y

Waage que dice que:

La velocidad de una reacción química es proporcional al producto de las masas

activas de las sustancias reactantes.

Con la expresión masas activas, ellos querían significar las concentraciones de

las sustancias. La concentración se expresa en moles de esto por litro de son o

en moles de gas por litro de volumen.