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Equilibrio químico

Chemical Equilibrium

El agua de una botella tapada deja de bajar en algún momento, no porque se detenga la evaporación, sino porque se condensa tan deprisa como se evapora. Una reacción química llega igualmente a un equilibrio dinámico cuando la reacción directa y la inversa siguen ocurriendo a la misma velocidad y las concentraciones dejan de cambiar; la razón entre productos y reactivos en ese punto es la constante de equilibrio K. A una temperatura dada, K sale igual empiece uno con lo que empiece, y al compararla con el cociente de reacción Q, la misma expresión calculada en cualquier instante, se sabe hacia dónde avanzará la reacción. En los diagramas, al cambiar K cambian las concentraciones de equilibrio y las dos velocidades, y al cambiar Q cambia el sentido en que avanza la reacción.

¿Qué es el equilibrio dinámico?

💡 Bajar por una escalera mecánica que sube
①Si alguien baja por una escalera mecánica que sube a la misma velocidad, se queda en el sitio
②Desde fuera parece quieto, pero sus piernas y los escalones no dejan de moverse
③El equilibrio químico es igual: la reacción directa y la inversa no se detienen, sino que ocurren a la misma velocidad, y por eso las concentraciones no cambian
④El agua de una botella tapada que deja de bajar también está en equilibrio dinámico, con evaporación y condensación a la par

Cómo se llega al equilibrio

2
🔍 Qué dice el tamaño de K
①Una K grande significa mucha concentración de producto en el equilibrio: con K = 10, [B] es 10 veces [A] y la reacción casi se ha completado
②Una K pequeña deja mucho reactivo: con K = 0,1, [B] es la décima parte de [A]
③En una reacción como A ⇌ B, con coeficientes iguales, K = 1 significa concentraciones de equilibrio a partes iguales
④En el segundo diagrama la velocidad directa baja al disminuir [A] y la inversa sube al aumentar [B]; desde que se igualan, las concentraciones ya no cambian
⑤K solo cambia con la temperatura; a temperatura fija no varía aunque cambien la concentración o la presión

Constante de equilibrio K y cociente de reacción Q

Constante de equilibrio (concentraciones)
Kc = [C]c[D]d[A]a[B]b
Para aA + bB ⇌ cC + dD, razón entre productos y reactivos calculada con las concentraciones de equilibrio
0,5
💡 Predecir el sentido con Q y K
①Q es la misma expresión que K, pero con las concentraciones de este instante
②Si Q < K hay menos producto que en el equilibrio, así que avanza la reacción directa y Q sube hacia K
③Si Q > K hay más producto que en el equilibrio, así que avanza la inversa y Q baja hacia K
④Si Q = K el sistema ya está en equilibrio y no se ve ningún cambio
⑤La flecha del diagrama indica hacia dónde se moverá Q, es decir, el sentido en que avanza la reacción

Cómo usar la constante de equilibrio

Sólidos y líquidos puros
Los sólidos y líquidos puros no entran en la expresión de K
Su concentración se considera constante. Ejemplo: en CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g), K = [CO₂]
📐 Concentraciones de equilibrio con una tabla ICE
①I (inicial): escribe las concentraciones antes de la reacción
②C (cambio): llama x a lo que reacciona y anota cada aumento o disminución según los coeficientes
③E (equilibrio): suma el cambio al valor inicial para obtener cada concentración de equilibrio
④Sustituye las concentraciones de equilibrio en la expresión de K y despeja x
⑤Casi todos los problemas de concentraciones de equilibrio se resuelven en este orden

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1
En el equilibrio de H₂ + I₂ ⇌ 2HI, [H₂] = 0,1 M, [I₂] = 0,1 M y [HI] = 0,8 M. ¿Cuánto vale Kc?
1
Eleva la concentración de cada producto a su coeficiente y ponla arriba; los reactivos van abajo.
Kc = [HI]2[H2][I2]
2
Sustituye las concentraciones de equilibrio.
Kc = 0,820,1 × 0,1 = 0,640,01 = 64
▸ Kc = 64
El coeficiente 2 del HI pasa a exponente y da 0,8². Las tres sustancias son gases, así que las tres entran en la expresión de K.
Ejemplo 2
Una reacción tiene K = 10 y ahora su cociente de reacción es Q = 2. ¿Hacia dónde avanza?
1
Compara Q y K. Si Q es menor que K, hay menos producto que en el equilibrio.
Q = 2 < K = 10
2
La reacción avanza hacia formar más producto, es decir, en sentido directo, y Q sube hacia 10.
Q < K ⇒ directa
▸ En sentido directo
Con K en 10 y Q en 2 en el diagrama, la flecha va de Q hacia K, a la derecha.

Resumen

Constante de equilibrio
Kc = [productos]coef[reactivos]coef
Depende solo de la temperatura; a temperatura fija no cambia aunque varíen la concentración o la presión
Problema tipo CSAT, adaptado
En el equilibrio de A ⇌ 2B, [A] = 0,5 M y [B] = 1,0 M. ¿Cuánto vale Kc?
①1
②2
③0,5
④4
⑤0,25
▸ ② 2
1
El coeficiente 2 del B pasa a exponente, así que Kc = [B]² / [A].
Kc = [B]2[A]
2
Sustituye las concentraciones de equilibrio.
Kc = 1,020,5 = 2
🎯 Puntos clave
①En el equilibrio, velocidad directa = velocidad inversa y las concentraciones no cambian a la vista
②K > 1: equilibrio desplazado hacia los productos; K < 1: hacia los reactivos
③Q < K: avanza la directa; Q > K: la inversa; Q = K: equilibrio
④Los sólidos y líquidos puros quedan fuera de K
⑤Las concentraciones de equilibrio se obtienen con una tabla ICE
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