Diferenzas entre revisións de «Equilibrio químico»

arranxos de linguaxe e categorización
(arranxos de linguaxe e categorización)
Un '''equilibrio químico''' é a situación en que a proporción entre as cantidades de reactivos e produtos nunha [[reacción química]] manténse constante ao longo do tempo.
 
Ao menos teoricamente, todatodas aas reacciónreaccións químicaquímicas ocorreocorren nos dous sentidos: no de reactivos transformándose en produtos e no de produtos transformándose de volta en reactivos. Con todo en certas reaccións, como a de [[combustión]], virtualmente 100% dos reactivos son convertidos en produtos, e non se observa o contrario ocorrer (ou polo menos non en escala mensurábel); tales reaccións son chamadas ''irreversíbeis''. Hai tamén unha serie de reaccións nas cales logo de unha certa cantidade de produto(s) formarse, estes tornan a dar orixe aos reactivos; esas reaccións posúen o nome de ''reversíbeis''. O concepto de equilibrio químico prácticamentepracticamente restrínxese ás reaccións reversíbeis.
 
==Reversibilidade de reaccións químicas==
 
<center>
N<sub>2(g) </sub> + 3H<sub>2(g) </sub> [[Imaxe:Seta (equilibrio químico).png]] 2NH<sub>3(g) </sub>
</center>
 
Nótese que a setafrecha dupla significa que a reacción ocorre nos dous sentidos, e que o subscrito (g) indica que a substancia se encontra na [[fase gasosa]].
 
Nesta reacción, cando as [[molécula]]s de nitróxeno e as de hidróxeno coliden entre si hai unha certa posibilidade dade ocorrer a reacción entre elas ocorrer, así como cando moléculas de amonio coliden entre si hai unha certa posibilidade de elas se disociarendisociárense e de se reorganizarenreorganizárense en H<sub>2</sub> e N<sub>2</sub>.
 
No inicio do proceso, cando hai apenas unha mestura de hidróxeno e nitróxeno, as posibilidades das moléculas dos reactivos (H<sub>2</sub> e N<sub>2</sub>) colidiren unhas coas outras son as máximas de toda a reacción, o que fará que a [[Taxa de reacción|taxa]] (ou velocidade) con que a reacción ocorre tamén o sexa. Porén á medida que a reacción se procesa o número de moléculas de hidróxeno e de nitróxeno diminúe, reducindo desa forma as posibilidades de elas colidiren entre si e, en consecuencia, a velocidade dese sentido da reacción. Por outro lado, co avanzar da reacción, o número de moléculas de amonio vai aumentando, o que fai que medren as posibilidades de elas colidiren e de voltarse a formar hidróxeno e nitróxeno, elevando así a velocidade dese sentido da reacción. Por fin chegará un momento en que tanto a velocidade dun dos sentidos canto a do outro serán idénticas, nese punto ningunha das velocidades variará máis (se foren mantidas as condicións do sistema onde a reacción se procesa) e teráse atinxido o ''equilibrio químico''.
Un raciocinio similar, en principio, pode ser aplicado para calquera equilibrio.
 
Débese salientar que cando unha reacción atinxe o equilibrio ela '''non para'''. Continúase procesando, aínda que tanto a reacción directa como a inversa ocorran á mesma velocidade, e dese xeito a proporción entre os reactivos e os produtos non varía. Por outras palabras, estamos presenciando un ''['[equilibrio dinámico]] ''' (e non un ''[['equilibrio estático]] ''').
 
==Constante de equilibrio==
 
Unha vez atinxido o equilibrio, a proporción entre os reactivos e os produtos non é necesariamente de 1:1 (lese ''ún para unún''). Esa proporción é descrita por medio dunha relación matemática, mostrada a seguir:
 
Dada a reacción xenérica:
 
<center>
aA + bB [[Imaxe:Seta (equilibrio químico).png]] yY + zZ,
</center>
 
</center>
 
Os corchetes representan o valor da [[concentración]] (normalmente en [[mol]] /[[litro|L]]) da especie que está simbolizada dentro del ([A] = concentración da especie A, e así por diante). <math>K_c</math> é unha grandeza chamada ''constante de equilibrio'' da reacción. Cada reacción de equilibrio posúe a súa constante, a cal sempre posúe o mesmo valor para unha mesma [[temperatura]]. Dun modo xeral, a constante de equilibrio dunha reacción calquera é calculada [[división|dividindodividíndose]] -se a [[multiplicación]] das concentracións dos produtos (cada unha [[Exponenciación|elevada]] ao seu respectivo coeficiente estequiométrico) pola multiplicación das concentracións dos reactivos (cada unha elevada ao seu relativo coeficiente estequiométrico).
 
Un exemplo diso é a formación do trióxido de xofre (SO<sub>3</sub>) a partir do gas [[osíxeno]] (O<sub>2</sub>) e do [[dióxido de xofre]] (SO<sub>2(g) </sub>) unha etapa do proceso de fabricación do [[ácido sulfúrico]] :
</center>
 
É posíbel determinar experimentalmente o valor da constante de equilibrio para unha dada temperatura. Por exemplo, a constante desa reacción na temperatura de 1000 [[Kelvin|K]] é 0,0413 L/mol (é común observarse a omisión da [[Unidade de medida|unidade]] da constante, unha vez que a súa unidade pode variar de equilibrio para equilibrio). A partir dela, dada unha certa cantidade coñecida de produtos engadidos inicialmente nun sistema nesa temperatura, é posíbel calcularse por medio da fórmula da constante cal será a concentración de todas as substancias cando o equilibrio for atinxido.
 
===Constante para a suma de reaccións===
 
{| align=center
|width=175|2P<sub>(g) </sub> + 3Cl<sub>2(g) </sub> [[Imaxe:Seta (equilibrio químico).png]] 2PCl<sub>3(g) </sub>
|height=61|
<center>
</center>
|-
|PCl<sub>3(g) </sub> + Cl<sub>2(g) </sub> [[Imaxe:Seta (equilibrio químico).png]] PCl<sub>5(g) </sub>
|height=61|
<center>
</center>
|-
|2P<sub>(g) </sub> + 5Cl<sub>2(g) </sub> [[Imaxe:Seta (equilibrio químico).png]] 2PCl<sub>5(g) </sub>
|height=61|
<center>
</center>
 
Pode percibirse que no caso en quede unha reacción aparezaaparecer dúas ou máis veces na suma, esta apareceaparecerá ese mesmo número de veces na multiplicación.
 
===Relación entre a velocidade da reacción e a constante de equilibrio===
 
Conforme xa foi mencionado, no equilibrio a velocidade tanto da reacción inversa canto a da deretadereita son iguais. Pola súa vez, a velocidade dunha reacción depende dunha outra constante chamada dea ''constante de velocidade'' (simbolizada aquí por <math>k</math>); e é posíbel encontrar unha relación entre as constantes de velocidade das reaccións directa e indirecta, e a constante de equilibrio.
 
Para demostrar iso, considérese o seguinte equilibrio xenérico (supondo que as súas reaccións ocorran cada cal nunha única etapa) :
 
{|align=center
|width=110|2A [[Imaxe:Seta (equilibrio químico).png]] X + Y
|<math>K_c = \frac{[\mbox{X}] \cdot [\mbox{Y}] }{[\mbox{A}] ^\mbox{2}}</math>
|}
|}
 
É importante frisar que o expoente que eleva as concentracións das especies na fórmula da velocidade non necesariamente é igual ao respectivo coeficiente estequiométrico da especie na reacción,; con todo, o exponenteexpoente certamente será así se a reacción se procesar nunha única etapa (conforme se está considerando nesa situación).
 
Unha vez que as velocidades de ambas as reaccións son idénticas no equilibrio, pódese igualalas:
==Equilibrio heteroxéneo==
 
Cando todas as substancias envolvidas no equilibrio se encontran no mesmo [[Estados físicos da materia|estado físico]] dise que temos un '''equilibrio homoxéneo''', que é o caso de todos os equilibrios presentados aquí ata entón. Analogamente, os equilibrios onde están envolvidas máis dunha fase son chamados '''equilibrios heteroxéneos''', como o seguinte:
 
<center>
Na expresión da constante de equilibrio temos as concentracións das especies envolvidas. A concentración pode ser calculada dividíndose o número de mols da substancia polo volume que ela ocupa. O número de mols representa a cantidade de [[materia]] e, por iso, el é proporcional a [[masa]]; así o número de mols dividido polo [[volume]] é proporcional á masa dividida polo volume.
 
A [[densidade]] de algo é xustamente calculada dividíndose a súa masa polo seu volume ocupado. No caso dunha substancia pura, toda a súa masa corresponde á dunha única substancia, e así a súa "concentración" do seu número de mols dividido polo volume é proporcional aá súa densidade (masa dividida polo volume).
 
A densidade dunha substancia dada en condicións dadas é unha propiedade intensiva, ou sexa, é a mesma independentemente dode canto houber desa substancia. Desa forma pódese concluír que a concentración dun sólido ou dun líquído puro (que son virtualmente incompresíbeis) é a mesma independentemente de canto houber deles (xa un gas, que pode ser comprimido sen dificuldadedificultade, ten a súa concentración variada facilmente). Por esa razón se simplificasimplifícase as expresións das constantes de equilibrio omitíndose a concentración de sólidos e líquídos puros.
 
Con iso, a expresión para a constante do último equilibrio presentado fica:
</center>
 
onde <math>P_x</math> é a [[presión]] parcial dun gas <math>x</math> calquera (ou sexa, a presión que el tería en caso de estar apenas el no recipiente), <math>V</math> é o volume ocupado pola mestura, <math>n_x</math> é o número de mols do gas, <math>R</math> é a constante dos gases perfectos, e <math>T</math> a temperatura en [[kelvínkelvin]].
 
Rearranxando a ecuación, teremos:
</center>
 
O membro esquerdo (<math>n_x</math>/<math>V</math>) é a fórmula para o cálculo da concentración molar do gas. A constante <math>R</math> é sempre a mesma e a temperatura <math>T</math> non varía nun sistema que permanece en equilibrio químico, así o único fatorfactor que pode variar na ecuación nun equilibrio é a presión parcial <math>P_x</math>. Desa forma pódese dicir que a concentración do gas é proporcional á súa presión parcial.
 
Con base niso, tamén é posíbel escribir a fórmula da constante de equilibrio usándose as presións parciais dos gases envolvidos, no lugar dedas súas concentracións. Por exemplo:
 
{|align=center cellpadding=20
===Adición ou eliminación de reactivos===
 
Ao se alterar a cantidade dunha substancia, tamén se está mexendo na velocidade encoa que a reacción se procesa (pois se estaráestaráse mudando as posibilidades de as substancias reaxiren entre si). Desa forma, a velocidade das reaccións directa e inversa deixa de ser igual: se unha substancia foi retirada dunha das reaccións, esa pasará a ser máis lenta; e, analogamente, ela pasará a ser máis rápida se unha substancia for engadida a ela. Así, ocorre que se algo for engadido, o equilibrio tende a reducir a cantidade desa substancia e viceversa.
 
Tal resposta do equilibrio pode ser sumarizada polo así chamado ''[[Principio de Le Chatelier]] '':
|}
 
Á medida que as reaccións se procesan, as súas velocidades vanse aproximando ata que se igualen e así atinxido novamente o equilibrio. A constante do equilibrio será a mesma que a de antes de se Engadirengadir ou quitar substancias.
 
===Compresión===
Un equilibrio gasoso pode ser afectado pola compresión. De acordo co principio de Le Chatelier, co aumento da presión o equilibrio tende a se deslocar no sentido de diminuír esa presión, o que significa favorecer a reacción que resulte no menor número de moléculas no estado gasoso. Nese caso, a o valor da constante de equilibrio tamén non é alterado.
 
Para se observar tal efeitoefecto, considérese eseeste equilibrio:
 
{|align= "center" cellpadding= "20"
|N<sub>2</sub>O<sub>4(g) </sub> [[Imaxe:Seta (equilibrio químico).png]] 2NO<sub>2(g) </sub>
|<math>K_c = \frac{[\mbox{NO}_\mbox{2}] ^\mbox{2}}{[\mbox{N}_\mbox{2} \mbox{O}_\mbox{4}] }</math>
|}
</center>
 
Se o valor de <math>V</math> (volume) diminuír, é preciso que o número de mols do N<sub>2</sub>O<sub>4</sub> aumente para que o valor da constante de equilibrio permaneza o mesmo. Na reacción, ese reaxentereactivo representaba a metade do número de moléculas do produto. O mesmo raciocinio pode ser aplicado en calquera equilibrio gasoso.
 
===Temperatura===
É encontrado [[Método científico|experimentalmente]] que a formación de produtos dunha reacción exotérmica (isto é, que libera enerxía) é favorecida coa diminución da temperatura, ao paso que a formación de produtos nunha reacción endotérmica (isto é, que absorve enerxía) é favorecida co aumento da temperatura.
 
Nun equilibrio, se unha reacción é endotérmica a outra ''necesariamente'' é exotérmica, e vice-versaviceversa. Aumentar ou diminuír a temperatura fará que a velocidade dunha das reaccións aumente e a da outra diminúa. As velocidades das reaccións se igualaránigualaránse novamente despois dun tempo; porén nese caso como temos o favorecemento e o desfavorecemento da formación de certas substancias, a constante de equilibrio nesa nova temperatura '''non será''' máis a mesma da temperatura anterior.
 
===Catalisador===
 
A adición dun [[catalisador]] direcionadirecciona a reacción para un novo mecanismo, o cal é máis rápido do que o sen a [[catálise]]. Con todo, o catalisador non afetaafecta o valor da constante de equilibrio, el; apenas fai que o equilibrio sexa atinxido nun tempo menor,. conformeO mostradoequilibrio nanon figuraé adeslocado seguir:coa presenza do catalisador.
[[Imaxe:Equilibrio químico e catálise.png|frame|center|Curvas tracexadas: con catalisador <br> Curvas cheas: sen catalisador]]
 
Atención: O equilibrio non é deslocado coa presenza do catalisador.
 
==Aplicacións==
 
Sabéndose iso, tamén é posíbel favorecer a formación dun produto de interese eliminándoo nunha certa taxa ao longo do proceso (pois así o equilibrio será deslocado a favor da formación dese produto).
 
[[Category:Química]]
Usuario anónimo