Equilibrio Químico

EQUILIBRIO QUÍMICO

En la medida que se lleva a cabo una reacción, la concentración de los reactivos decrece y la velocidad de reacción hacia la derecha disminuye. De esta misma manera, las concentraciones de los productos aumentan y la velocidad inversa aumenta. Al final en un tiempo determinado las dos reacciones, ocurren a la misma velocidad alcanzándose un equilibrio dinámico.
Las soluciones son mezclas homogéneas que se componen de un soluto y un solvente, se clasifican según la cantidad de soluto disuelto o su estado de agregación y cuya relación define la concentración que puede ser expresada en unidades físicas y químicas. Un sistema se encuentra en estado de equilibrio, si a lo largo de un lapso de tiempo, ninguna de las propiedades macroscópicas varía considerablemente, determinándose entre otras en qué sentido puede ocurrir una reacción química.

La constante de equilibrio

La experiencia ha demostrado que cada reacción en particular presenta su propio estado de equilibrio, caracterizado por una relación especifica entre las concentraciones de las diversas sustancias que intervienen en el proceso.

Los paréntesis cuadrados hace referencia a concentración molar y los exponentes a los coeficientes estequiométricos de la ecuación balanceada Esta expresión es característica de cada reacción, bajo condiciones de temperatura y presiones específicas y constantes.

Significado de la constante de equilibrio- Si K < 1, entonces la reacción es muy reversible y se dice que se encuentra desplazada a la izquierda. Situación DESFAVORABLE para PRODUCTOS.
- Si K = 1, es una reacción en la que se obtiene 50% de reactivos y 50% de productos.
- Si K > 1, la reacción tiene un rendimiento alto y se dice que esta desplazada a la derecha. esta es una situación FAVORABLE para obtener PRODUCTOS.

TEORÍAS ÁCIDO BASE

CONCEPTO DE ARRHENIUS

El concepto de ácido y base que, hoy en día sigue prevaleciendo con algunas mejoras, fue propuesto por Svante Arrhenius en 1884 como parte de la otra teoría de la ionización.

- Ácido: es cualquier sustancia que en disolución acuosa es capaz de dar protones (H+).

- Base: es cualquier sustancia que en disolución acuosa es capaz de dar iones oxidrilo (OH-).

CONCEPTO DE BRÖNSTED - LOWRY
La teoría de Arrhenius sólo servía para ácidos y para bases en solución acuosa. En 1923, de forma
independiente y casi simultánea, N. Brönsted y T. M. Lowry elaboraron un concepto más amplio, que puede resumirse de la siguiente manera:

- Ácido: sustancia que tiende a dar protones a otra.

- Base: sustancia que tiende a aceptar protones cedidos por un ácido.

Titulación Ácido Base
La titulación o valoración de soluciones tiene como principal objetivo determinar la concentración de una solución acida o básica desconocida, denominada solución analizada, esto se logra a través de la adición de pequeños volúmenes de una solución acida o básica de concentración conocida. El proceso se basa en la neutralización que se lleva a cabo entre las dos soluciones ya que una es
acida y la otra básica. La cantidad de H y OH debe ser igual. Cuando esto sucede se dice que se ha alcanzado el punto de equivalencia: el número de equivalentes gramo del ácido y de la base son iguales.
La normalidad es útil en las titulaciones acido-base porque Un equivalente de un ácido neutraliza completa y precisamente un equivalente de una base, puesto que un mol H+ reaccionará con un mol de OH-.

DISOCIACIÓN DE ÁCIDOS Y BASES

Ciertas sustancias moleculares interactúan con solventes polares como el agua, para formar iones y este proceso se denomina IONIZACION. La ionización es completa si la solución es suficientemente diluida. En la mayoría de los casos, se detiene antes de completarse debido a la fuerte tendencia que existe hacia la reacción inversa. En este caso se establece rápidamente un equilibrio entre las moléculas sin disociar y los iones.

Un electrolito es una sustancia que al disolverse en agua, da lugar a la formación de iones (SE IONIZA). El resultado es una solución conductora de la corriente eléctrica. Los electrolitos pueden ser débiles o fuertes, según estén parcial o totalmente ionizados o disociados en medio acuoso.

- Electrolito fuerte es toda sustancia que al disolverse en agua, provoca exclusivamente la formación de iones con una reacción de disolución prácticamente irreversible.

- Electrolito débil es una sustancia que al disolverse en agua, produce iones parciales, con reacciones de tipo reversible.

Disociación de ácidos: cuando un ácido se disuelve en agua son atraídos por lo polos positivos y negativos de estas por lo cual se produce la disociación de la molécula del ácido. Durante este proceso se liberan iones llamados iones HIDROGENIONES H +. Se trata de átomos de hidrogeno en los cuales hace falta un electrón. La disociación de un ácido cualquiera se representa de la siguiente manera:

Si el ácido es fuerte la disociación se produce al 100% y la probabilidad de reacción reversible es prácticamente nula. Si el ácido es débil, se establece un equilibrio entre el ácido y el ácido disociado. De esta manera como en cualquier situación donde se presente un estado de equilibrio se puede calcular la constante de equilibrio para la solución la cual recibe el nombre de CONSTANTE DE ACIDEZ (Ka):

Disociación de bases o hidróxidos: es un proceso similar al descrito para los ácidos, pero donde se liberan iones hidroxilo OH -para bases débiles, se establece rápidamente un estado de equilibrio iónico, para el cual se tiene un CONSTANTE DE BASICIDAD (Kb). En forma general el proceso de disociación de una base se puede representar por:

 

EL pH

El pH o potencial de hidrogeniones es una medida del grado de acidez o alcalinidad de una solución la cual se expresa como el logaritmo negativo de la concentración de iones hidrogeniones.

En 1909 el químico danés Sørensen definió el potencial Hidrógeno (pH) como el logaritmo negativo de la actividad de los iones hidrógeno. Esto es: 

Desde entonces, el término pH ha sido universalmente utilizado por la facilidad de su uso, evitando así el manejo de cifras largas muy pequeñas y complejas. En soluciones diluidas en lugar de utilizar la actividad del ión hidrógeno, se le puede aproximar utilizando la concentración molar del ión hidrógeno.

Escala de pH.
El pH típicamente va de 0 a 14, siendo ácidas las soluciones con pH menores a 7, y básicas las que tienen pH mayores a 7. El pH = 7 indica la neutralidad. Con el cálculo, se puede relacionar directamente el valor del pH con el del pOH.

EQUILIBRIO IÓNICO DEL AGUA

El agua pura es un electrolito débil que se disocia en muy baja proporción en sus iones hidronio o e hidróxido. De todos modos, dos moléculas polares de agua pueden ionizarse debido a las fuerzas de atracción por puentes de hidrógeno que se establecen entre ellas.

Aunque lo haga en baja proporción, esta disociación del agua en iones, llamada ionización, se representa según la ecuación:

Al producto de la concentración de iones hidronio (H3O+) por la concentración de iones hidróxido (OH−) se le denomina producto iónico del agua y se representa como Kw:

Debido a que en el agua pura por cada ion hidronio (o ion hidrógeno) hay un ion hidróxido (o hidroxilo), la concentración es la misma, por lo que:  de esta expresión se deduce que las concentraciones de hidronios (H +) y de hidroxilos (OH-) son inversamente proporcionales; es decir, para que el valor de la constante de disociación se mantenga como tal, el aumento de una de las concentraciones implica la disminución de la otra.