Equilibrio químico

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CICLO LETRA - CIENCIAS 
 
ACADEMIA “AMANTES DEL CONOCIMIENTO” 
CICLO LETRA - CIENCIAS 
 
Semana 6: Cinética química, velocidad y mecanismo de reacción, factores 
que afectan a la velocidad de reacción. Equilibrio químico, principio de Le 
Chatelier. 
 
La química, por su propia naturaleza, se ocupa del cambio. Las reacciones 
químicas convierten las sustancias con propiedades bien definidas en otros 
materiales con propiedades diferentes. Gran parte de nuestro estudio sobre las 
reacciones químicas tiene que ver con la formación de sustancias nuevas a partir 
de un conjunto dado de reactivos. También es importante comprender que tan 
rápido ocurren las reacciones. 
 
Factores que influyen en las velocidades de la reacción 
 
1. El estado físico de los reactivos, los reactivos deben colisionar entre sí 
para reaccionar. Entre más rápido colisionen las moléculas unas con 
otras, más rápido reaccionan. La mayoría de las reacciones que 
consideramos son homogéneas, e involucran disoluciones gaseosas o 
liquidas. Cuando los reactivos se encuentran en fases diferentes, como 
cuando uno es un gas y el otro es sólido, la reacción está limitada a su 
área de contacto. De este modo, las reacciones que involucran sólidos 
tienden a proceder con más rapidez si el área superficial del sólido 
aumenta. 
 
 
2. Las concentraciones de los reactivos, la mayoría de las reacciones 
químicas se llevan a cabo más rápido si aumenta la concentración de uno 
o más de los reactivos. 
 
 
 
3. La temperatura a la que ocurre la reacción, las velocidades de las 
reacciones químicas aumentan conforme se incrementa la temperatura. 
Al aumentar la temperatura, aumenta la energía cinética de las moléculas 
cuando las moléculas se mueven más rápido colisionan con más 
frecuencia y también con mayor energía, lo que aumenta la velocidad de 
reacción. 
 
Velocidades de reacción 
 
La velocidad de un evento se define como el cambio que ocurre en un intervalo 
dado de tiempo. Siempre que hablamos de velocidad, esta necesariamente 
conlleva la noción de tiempo. 
 
 
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Velocidad de reacción y estequiometria 
 
En general para la reacción 
 
𝑎𝐴 + 𝑏𝐵 → 𝑐𝐶 + 𝑑𝐷 
 
La velocidad está dada 
 
𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 = −
1∆[𝐴]
𝑎∆𝑡
= −
1∆[𝐵]
𝑏∆𝑡
=
1∆[𝐶]
𝑐∆𝑡
=
1∆[𝐷]
𝑑∆𝑡
 
 
Mecanismo de una reacción 
 
Una ecuación balanceada para una reacción química indica las sustancias 
presentes al inicio de la reacción y aquellas producidas cuando la reacción 
química se lleva acabo. Sin embargo, no proporciona información sobre como 
ocurre la reacción. Al proceso mediante el cual una reacción ocurre se le conoce 
como mecanismo de reacción. Un mecanismo de reacción describirá con gran 
detalle el orden en el que los enlaces se rompen y se forman, y los cambios en 
las posiciones relativas de los átomos en el transcurso de la reacción. 
 
 
Cinética química 
 
La cinética química estudia las velocidades de las reacciones químicas y el 
mecanismo por el cual estas se producen. 
 
Velocidad de reacción 
 
Mide la cantidad de sustancia transformada en la unidad de tiempo 
En términos de concentración, la velocidad de reacción se define como el 
cambio de concentración de un reactante (desaparición) o de un producto 
(aparición) en un intervalo de tiempo 
 
𝑉 = 
∆𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛
∆𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜
 
 
En cinética, las concentraciones generalmente se expresan en molaridad 
(representada por: [ ]), aunque en algunos casos se puede usar otras 
expresiones como por ejemplo presiones parciales en sistemas gaseosos. 
 
Mecanismo de reacción 
 
1) Reacciones sencillas 
 
2) Reacciones complejas 
 
 
 
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Teorías para explicar la velocidad de reacción 
 
1) Teoría de colisiones 
2) Teoría del complejo activado 
 
 
Factores que afectan la velocidad de reacción 
 
- Concentración de las sustancias reaccionantes 
- Influencia de la temperatura 
- Presencia de un catalizador o inhibidor 
 
Ley de velocidad de una reacción 
 
Es la ecuación que expresa la relación entre las concentraciones de los 
reactantes y la velocidad de la reacción 
 
La velocidad de reacción es proporcional a la concentración de las 
sustancias reaccionantes elevada cada una de ellas a coeficientes 
denominados ordenes parciales de reacción 
 
𝑉 = 𝛼[𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 1]𝛽[𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 2]𝜀 
 
 
Equilibrio químico 
 
aA +bB  cC + dD 
 
𝐾 = 
[𝐶]𝑐[𝐷]𝑑
[𝐴]𝑎[𝐵]𝑏
 
 
 
Principio de Lechatelier 
 
“cuando un sistema en equilibrio se sujeta a una acción externa, el equilibrio 
se desplaza en la dirección que tienda a disminuir o neutralizar dicha 
acción” 
 
Henri – Louis Le chatelier (1850-1936) un químico industrial francés. El 
principio de Le chatelier puede expresarse de la siguiente forma: si un 
sistema en equilibrio es perturbado por un cambio de temperatura, presión 
o la concentración de uno de los componentes, el sistema desplazara su 
posición de equilibrio de manera que se contrarreste el efecto de la 
perturbación. 
 
 
 
 
 
 
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4. Velocidad de reacción (Vrx) 
 
Sea la siguiente reacción química 
 
Reactantes → Productos 
 
La velocidad de reacción se expresa como: 
 
 
𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑅𝑥(𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒) = −
∆[𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒]
∆ 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜
 
 
 
𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑅𝑥(𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜) = +
∆[𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜]
∆ 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜
 
 
 
 
 
 
 
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Modificación de las condiciones de equilibrio. 
Principio de Le Chatelier 
 
En ocasiones necesitamos solamente establecer conclusiones cualitativas sobre 
una reacción reversible: el sentido del cambio neto, si la cantidad de una 
sustancia ha aumentado o disminuido cuando se alcance el equilibrio, etc. 
También puede ocurrir que no tengamos datos suficientes para una estimación 
cuantitativa. En estos casos se puede utilizar una proposición atribuida al 
químico francés Henri Le Chatelier (1884). Es difícil expresar sin ambigüedades 
el Principio de Le Chatelier, pero su significado esencial es que 
 
Cuando se somete un sistema en equilibrio a una modificación de la temperatura, 
la presión o la concentración de una de las especies reaccionantes, el sistema 
responde alcanzando un nuevo equilibrio que contrarresta parcialmente el efecto 
de la modificación. 
 
Como veremos en los siguientes ejemplos, generalmente no es difícil predecir el 
resultado de la modificación de una o mas variables de un sistema en equilibrio. 
 
Efecto sobre el equilibrio de la modificación de las cantidades de las especies 
reaccionantes 
 
 2SO2(g) + O2(g) ⇄ 2SO3(g) Kc = 2,8x102 a 1000K 
 
Suponga que empezamos con determinadas cantidades de SO2, O2 y SO3 en 
equilibrio 
 
 
 
 
Ahora alteramos la mezcla en equilibrio introduciendo en el matraz de 10,0 litros, 
1 mol más de SO3 ¿Cómo se modificarán las cantidades de las especies 
reaccionantes para restablecer el equilibrio? 
 
Según el principio de Le Chatelier, si el sistema tiene que contrarrestar 
parcialmente una acción consistente en aumentar la concentración de equilibrio 
de una de las especies reaccionantes, debe hacerlo favoreciéndola reacción en 
la que se consume esta especie. Esta es la reacción inversa, la conversión de 
parte del SO3 añadido en SO2 y O2. En el nuevo equilibrio habrá cantidades 
mayores que en el equilibrio original de todas las sustancias, aunque la cantidad 
adicional de SO3 será menor que la cantidad de 1mol que se añadió. 
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Otra manera de examinar este efecto es evaluando el cociente de reacción 
inmediatamentedespués de añadir el SO3. 
 
Equilibrio original Después de la alteración 
 
 
𝑄𝑐 = 
[𝑆𝑂3]
2
[𝑆𝑂2]2[𝑂2]
= 𝐾𝑐 𝑄𝑐 = 
[𝑆𝑂3]
2
[𝑆𝑂2]2[𝑂2]
> 𝐾𝑐 
 
Cuando se añade cualquier cantidad de SO3 a una mezcla en equilibrio a 
volumen constante, Qc se hace mayor que Kc. Tiene lugar un cambio neto en el 
sentido en que disminuye [SO3], es decir, hacia la izquierda, en el sentido 
inverso. Observe que [SO2] y [O2] aumentan en la reacción en el sentido inverso, 
con la consiguiente disminución del valor de Qc.