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Equilibrio químico, cociente y solubilidad

2.º de BachilleratoRuta de edumaterial

Qué vas a aprender

  • Escribir e interpretar constantes y cocientes de reacción.
  • Determinar composiciones de equilibrio con una tabla de avance.
  • Predecir desplazamientos y calcular solubilidades a partir de Kps.

Antes de empezar

  • Ajustar ecuaciones químicas.
  • Calcular concentraciones molares y operar con potencias.
  • Distinguir estado físico de especies y sistema cerrado de abierto.

Equilibrio no significa reacción detenida

En un equilibrio dinámico, las velocidades directa e inversa son iguales. Las concentraciones macroscópicas permanecen constantes, pero siguen ocurriendo transformaciones microscópicas en ambos sentidos.

La igualdad de velocidades no exige concentraciones iguales. Su relación depende de la constante a la temperatura considerada.

K y Q tienen la misma forma

cociente de reacción
Para aA + bB ⇌ cC + dD, el tratamiento escolar escribe Kc = [C]^c[D]^d/([A]^a[B]^b). Qc usa la misma expresión con valores instantáneos. En rigor se basa en actividades; sólidos y líquidos puros no aparecen porque su actividad es constante.

Tabla inicial-cambio-equilibrio

  1. Escribe y ajusta la reacción.
  2. Anota concentraciones iniciales.
  3. Representa el cambio con una incógnita x y los coeficientes estequiométricos.
  4. Suma inicial y cambio para obtener el equilibrio.
  5. Sustituye en K, resuelve y descarta raíces que produzcan cantidades negativas.

A se transforma en dos B

A ⇌ 2B parte de [A]0 = 0,80 M y [B]0 = 0. En el equilibrio [A] = 0,50 M.

  1. A ha disminuido 0,30 M.
  2. B aumenta el doble: [B]eq = 0,60 M.
  3. Kc = [B]²/[A] = 0,60²/0,50.

Kc = 0,72 en la aproximación escolar con concentraciones.

Q predice el sentido; Le Châtelier explica la respuesta

Si Q < K, el sistema avanza hacia productos; si Q > K, hacia reactivos; si Q = K, ya está en equilibrio. Esta comparación es el criterio cuantitativo.

Cambiar concentración o presión altera Q; cambiar temperatura también cambia K. Un catalizador acelera ambos sentidos sin cambiar K ni la composición final.

Equilibrio de solubilidad

  • Sal 1:1

    Para MX(s) ⇌ M+ + X− en agua pura, ambas concentraciones son s y Kps = s².

  • Sal 2:1

    Para Ag2CrO4(s) ⇌ 2Ag+ + CrO4²−, [Ag+] = 2s y [CrO4²−] = s, de modo que Kps = 4s³. La estequiometría fija las relaciones.

Introducir sólidos en K

Escribir la concentración de un sólido puro en el numerador o denominador.

Omite sólidos y líquidos puros; incluye gases y especies disueltas según la expresión elegida.

La actividad de una fase pura se toma constante y queda incorporada en K. Que no aparezca no significa que la fase sea irrelevante para que exista el equilibrio.

Diagnóstico de un equilibrio

  • K caracteriza el equilibrio a una temperatura.
  • Q usa el estado actual y predice el sentido.
  • La tabla traduce estequiometría en concentraciones.
  • Kps combina equilibrio y proporción de iones.
Un recipiente cerrado contiene dos especies moleculares con flechas opuestas, y una ampliación muestra un cristal en contacto con un líquido que contiene pocos iones separados.
El equilibrio es dinámico; una sal poco soluble intercambia iones con el cristal sin disolverse por completo.

Compruébalo ahora

  1. Usa esta imagen

    Para A ⇌ 2B, [A]0 = 1,00 M y [B]0 = 0. En equilibrio [A] = 0,60 M. Halla [B]eq y Kc.

    Ver solución explicada

    Respuesta: [B]eq = 0,80 M y Kc = 1,07.

    Se consumen 0,40 M de A y se forman 0,80 M de B. Kc = 0,80²/0,60 = 1,066..., que se redondea a 1,07.

  2. Usa esta imagen

    Para N₂O₄(g) ⇌ 2NO₂(g), Kc = 0,50. En un instante [N₂O₄] = 0,40 M y [NO₂] = 0,20 M. Calcula Qc y predice el sentido.

    Ver solución explicada

    Respuesta: Qc = 0,10; como Qc < Kc, evoluciona hacia NO₂.

    Qc = 0,20²/0,40 = 0,10. Faltan productos respecto a la proporción de equilibrio, de modo que predomina el sentido directo.

  3. Usa esta imagen

    Para Ag₂CrO₄(s) ⇌ 2Ag+(aq) + CrO₄²−(aq), Kps = 4,0·10⁻¹². Calcula la solubilidad molar s en agua pura.

    Ver solución explicada

    Respuesta: s = 1,0·10⁻⁴ mol/L.

    Kps = (2s)²·s = 4s³. Entonces s³ = 1,0·10⁻¹² y s = 1,0·10⁻⁴ M.

Alineación curricular y fuentes

Cuando lo tengas claro

Practicar esto: Calcular la constante de equilibrio en concentraciones y en presionesPracticar esto: Predecir el desplazamiento de un equilibrio y calcular la solubilidad de una salTermodinámica y cinética de las reaccionesÁcido-base y redox: dos transferencias