Introducción
Los ejercicios de equilibrio químico son una parte fundamental en el estudio de la química. Comprender cómo se establece un equilibrio químico y cómo afectan los diferentes factores a dicho equilibrio es clave para entender la reactividad de las sustancias químicas. En este artículo, te guiaré paso a paso a través de algunos ejercicios de equilibrio químico resueltos, para que puedas practicar y afianzar tus conocimientos en el tema.
¿Qué es el equilibrio químico?
El equilibrio químico es el estado en el cual las tasas de reacción directa e inversa son iguales, lo que resulta en la estabilidad de la concentración de los reactivos y productos en una reacción química. Esta condición se logra cuando se establece una relación entre las concentraciones de las sustancias que intervienen en la reacción.
Factor que afecta el equilibrio químico: Concentración
Uno de los factores que afectan el equilibrio químico es la concentración de las sustancias presentes en la reacción. A medida que se altera la concentración de alguno de los reactivos o productos, el sistema intentará restaurar el equilibrio ajustando las tasas de reacción directa e inversa. Veamos un ejercicio paso a paso para comprender mejor este concepto:
Ejercicio 1: Equilibrio H2 + I2 ⇌ 2HI
Consideremos la siguiente reacción:
H2 + I2 ⇌ 2HI
Supongamos que inicialmente se tienen las siguientes concentraciones: [H2] = 1 mol/L, [I2] = 2 mol/L y [HI] = 0 mol/L.
1. Establecer la expresión para la constante de equilibrio (Kc):
La expresión para Kc se obtiene dividiendo la concentración de los productos entre la concentración de los reactivos, elevados a sus respectivos coeficientes estequiométricos:
Kc = [HI]² / ([H2] • [I2]) = (x)² / ([1-x] • [2-x])
2. Establecer la tabla de concentraciones iniciales, cambio y equilibrio:
| Sustancias | Concentración inicial (M) | Cambio (M) | Equilibrio (M) |
|————|————————–|————|—————-|
| H2 | 1 | -x | 1-x |
| I2 | 2 | -x | 2-x |
| HI | 0 | +2x | 2x |
3. Sustituir valores y simplificar la expresión de Kc:
Kc = (2x)² / ([1-x] • [2-x]) = 4x² / (2-x)
4. Establecer la expresión para la constante de equilibrio (Kp):
La expresión para Kp se obtiene utilizando las presiones parciales de los gases en lugar de las concentraciones:
Kp = (p(HI))² / (p(H2) • p(I2))
5. Determinar el valor de Kc a partir de las concentraciones iniciales:
Sustituimos los valores iniciales en la expresión de Kc y encontramos el valor de Kc:
Kc = (0)² / (1 • 2) = 0
Factores que afectan el equilibrio químico: Temperatura y presión
Aparte de la concentración, la temperatura y la presión también influyen en el equilibrio químico. A continuación, resolveremos un ejercicio que involucra cambios en la temperatura y la presión:
Ejercicio 2: Equilibrio N2O4 ⇌ 2NO2
Consideremos la siguiente reacción:
N2O4 ⇌ 2NO2
1. Aumento de temperatura:
Cuando se aumenta la temperatura, el equilibrio se desplaza en la dirección endotérmica, es decir, hacia los reactivos. Esto se debe a que el aumento de temperatura provee la energía necesaria para romper los enlaces en las moléculas de NO2, favoreciendo la formación de N2O4. Por lo tanto, el sistema se volverá más reactivo y la concentración de N2O4 aumentará.
2. Aumento de presión:
En este caso, la presión no tiene un efecto directo sobre el equilibrio, ya que ambos lados de la ecuación están compuestos por el mismo número de moléculas. Por lo tanto, no se producirá un desplazamiento del equilibrio al aumentar la presión.
3. Disminución de temperatura:
Cuando se disminuye la temperatura, el equilibrio se desplaza en la dirección exotérmica, es decir, hacia los productos. Esto se debe a que la disminución de temperatura favorece la formación de NO2, liberando energía en forma de calor. Como resultado, la concentración de N2O4 disminuirá.
4. Disminución de presión:
Al disminuir la presión, el equilibrio se desplaza hacia el lado con el menor número de moléculas. En este caso, la reacción se desplazará hacia la formación de N2O4, ya que esta molécula tiene menos moléculas en comparación con los dos NO2. Por lo tanto, la concentración de N2O4 aumentará y la de NO2 disminuirá.
Conclusión
El estudio de los ejercicios de equilibrio químico nos ayuda a comprender cómo los diferentes factores, como la concentración, la temperatura y la presión, afectan una reacción química. A través de los ejemplos resueltos paso a paso, hemos visto cómo se puede determinar el valor de Kc y cómo los cambios en las condiciones del sistema pueden influir en el equilibrio químico.
Es importante practicar estos ejercicios para familiarizarse con los conceptos y desarrollar habilidades en el cálculo de equilibrios químicos. Recuerda que la práctica constante es fundamental para fortalecer tus conocimientos en química.
Preguntas frecuentes
1. ¿Cuál es la diferencia entre equilibrio químico y estado estacionario?
El equilibrio químico se alcanza cuando las tasas de reacción directa e inversa son iguales y las concentraciones de los reactivos y productos se mantienen constantes. En cambio, el estado estacionario se refiere a una situación en la cual las concentraciones de los reactivos y productos no son constantes, pero las tasas de reacción directa e inversa son iguales.
2. ¿Cómo se puede alterar el equilibrio químico?
El equilibrio químico puede ser alterado mediante cambios en la concentración, la temperatura y la presión. Al modificar estos factores, se provoca un desplazamiento del equilibrio en una dirección específica, favoreciendo la formación de más reactivos o productos.
3. ¿Qué sucede si se altera la concentración de un reactivo o producto en el equilibrio?
Si se aumenta la concentración de un reactivo, el equilibrio se desplazará hacia la formación de más productos. Por otro lado, si se aumenta la concentración de un producto, el equilibrio se desplazará hacia la formación de más reactivos.