Speaker A
Hola amigos de la Química, muy buenos días y bienvenidos a este nuevo vídeo y nueva lista de reproducción de equilibrio químico.
Introducción al equilibrio químico y la constante de equilibrio Kc, explicando la ley de acción de masas y su aplicación en reacciones reversibles.
Key Takeaways
- El equilibrio químico es un estado dinámico donde las velocidades directa e inversa son iguales.
- La ley de acción de masas relaciona las concentraciones de reactivos y productos en equilibrio mediante la constante Kc.
- Los coeficientes estequiométricos pueden coincidir con los órdenes de reacción en reacciones elementales.
- La constante de equilibrio debe calcularse con concentraciones en el estado de equilibrio, no al inicio.
- Kc es adimensional y se deben considerar las sustancias constantes o sólidas adecuadamente.
Summary
- Se presenta el concepto básico de equilibrio químico y la diferencia entre reacciones reversibles e irreversibles.
- Se explica cómo una reacción reversible alcanza un equilibrio dinámico donde la velocidad de formación y consumo de productos es igual.
- Se introduce la ley de acción de masas y su deducción a partir de las velocidades de reacción directa e inversa.
- Se discuten las ecuaciones de velocidad y la relación entre coeficientes estequiométricos y órdenes parciales en reacciones elementales.
- Se define la constante de equilibrio Kc como el cociente entre concentraciones de productos y reactivos en equilibrio, elevadas a sus coeficientes.
- Se aclara que las concentraciones deben tomarse en el estado de equilibrio para aplicar correctamente la ley de acción de masas.
- Se menciona que la constante de equilibrio Kc es adimensional y se explica cómo tratar sustancias en estado sólido o constante.
- Se enfatiza que el equilibrio químico es dinámico, no estático, aunque macroscópicamente parezca detenido.
- Se prepara al espectador para ejercicios prácticos en videos posteriores.
- Se utiliza un lenguaje claro y ejemplos genéricos para facilitar la comprensión de conceptos fundamentales.
Chapters
- 00:00Introducción y objetivo del video
- 00:51Definición de equilibrio químico
- 01:36Reacciones reversibles e irreversibles
- 02:09Dinámica del equilibrio químico
- 03:38Deducción de la ley de acción de masas
- 04:18Ecuaciones de velocidad y órdenes de reacción
- 05:16Velocidades directa e inversa en equilibrio
- 07:43Definición y fórmula de la constante de equilibrio Kc
- 09:28Consideraciones para el uso de Kc
- 10:49Conclusión y preparación para ejercicios
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Speaker A
Como primer vídeo, ya sabéis, vamos a ver la teoría desde lo más básico hasta lo más complicado. De momento aquí, en este
Speaker A
vídeo, vamos a ver qué es equilibrio químico y la ley de acción de masas, que ya veréis que es una fórmula que la vamos a aplicar en casi todos los problemas de equilibrio químico. Pero vamos a ver de dónde sale, no por aplicarla
Speaker A
por aplicarla, sino por saber realmente lo que estamos haciendo. Vale, dejad que escriba una ecuación genérica y os explico qué significa equilibrio químico.
Speaker A
Vale, fijaos, en esta reacción tengo reactivo A y B y va a dar lugar a producto C y D. Y las minúsculas son los coeficientes estequiométricos, esos números que utilizamos para ajustar. Entonces, en este caso la reacción, tal y como yo
Speaker A
la he escrito aquí, es irreversible. ¿Irreversible por qué? Pues es por esta flecha que he puesto aquí. Según la reacción tal como la he puesto, yo he dicho que A y B van a poder dar lugar a C y
Speaker A
D. Estos reactivos dan lugar a estos productos. Pero estos productos no pueden ir en sentido contrario, ¿verdad? C y D, tal y como está escrita, no pueden dar lugar a A y B. Pero esto en muchas reacciones se ocurre. Y entonces, para marcar
Speaker A
que C y D pueden dar lugar a A y B, tengo que escribir una flecha en sentido opuesto, de este modo. Entonces ahora la reacción ya no es irreversible, ahora la reacción es reversible. Perfecto, entonces vamos a ver qué va a ocurrir. Nosotros
Speaker A
vamos a añadir reactivo A y B en principio y nada de C y D.
Speaker A
¿Qué pasa entonces si solo es reactivo A y B? Pues que la reacción se va a desplazar para formar producto, ¿verdad? Y el producto si no hay, pues al principio de todo estos no van a dar lugar a los reactivos. Pero ¿qué
Speaker A
pasa conforme la reacción va transcurriendo? Lo que ocurre es que se van formando más cantidad de C y D y empiezan a reaccionar entre ellos. Empiezan a reaccionar y empiezan a dar también aire. ¿Qué ocurre? Que C y D se van
Speaker A
formando pero también se va consumiendo. Llegará un momento en el que se formará una cantidad de C y D que va a ser la misma que se consuma de C y D. Por un lado se forma C y D y por otro lado
Speaker A
se consume lo mismo. ¿Qué ocurre entonces? Que hemos alcanzado el equilibrio. Si estamos formando los mismos que se consumen, al final vamos a tener lo mismo. Entonces hemos alcanzado el equilibrio. Pero ese equilibrio, el equilibrio químico, decimos que es un equilibrio
Speaker A
dinámico. ¿Un equilibrio dinámico por qué? Porque como os estoy diciendo, no es que se haya parado. Yo no os estoy diciendo en ningún momento que no se forme C y D. Claro que se forman, pero... se forman a la vez que se consumen.
Speaker A
Entonces sí que está ocurriendo la reacción. Microscópicamente ocurre, pero ¿qué ocurre macroscópicamente? ¿Qué ocurre si nosotros miramos una reacción que se forma lo mismo que se consume? Que realmente nosotros la vemos como si se ha parado. Pero nosotros sabemos, ojo,
Speaker A
que el equilibrio es dinámico. Perfecto, pues vamos a deducir la ley de acción de masas. Para ello, dejarme que despliegue estas reacciones en un par.
Speaker A
Fijaos, yo aquí he escrito dos reacciones que realmente si las combinamos es esta de aquí. AB para dar CD y CD para dar AB. Una sería en este sentido y otra en el sentido opuesto. Perfecto, entonces vamos a ver la velocidad de cada
Speaker A
una. Si habéis visto primero lo de la cinética química, sabéis cómo son las ecuaciones de velocidad. Y las ecuaciones de velocidad es velocidad igual a una constante...
Speaker A
por la concentración de los reactivos elevados a unos órdenes parciales. Concentración de los reactivos, en este caso A, y B, y elevados a unos órdenes parciales.
Speaker A
Os explico, esos órdenes parciales los poníamos alfa y beta, y os decía, tened mucho cuidado porque alfa y beta no tienen por qué coincidir con los coeficientes estequiométricos. Pues bien, sí coinciden si la reacción es elemental. Es decir, que la reacción realmente se dé en este paso de A y B,
Speaker A
directamente a C y D. Y no haya intermedios y no haya otras reacciones. Entonces vamos a considerar para el equilibrio químico que todas las reacciones que nosotros utilizamos son reacciones elementales. Entonces podemos sustituir alfa y beta por A y B, por
Speaker A
los coeficientes estequiométricos. Y ahora, esta reacción es diferente de esta. Entonces tendrá una constante diferente y a la velocidad también la voy a llamar de forma diferente. Esta la voy a llamar directa, constante directa, porque es la velocidad de la reacción directa. Y aquí lo mismo, fijaos, la
Speaker A
velocidad de esta reacción la voy a llamar inversa, una I, será igual a la constante inversa por las concentraciones de los reactivos, en este caso C y D, y elevadas a sus coeficientes estequiométricos, que son C minúscula y D minúscula. Vale, ya
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tengo la velocidad de cada una de ellas. Fijaos que el equilibrio se alcanza cuando las velocidades son iguales, cuando la velocidad a la que se forman los productos es la misma a la que se consume, cuando la velocidad a la que se forman
Speaker A
C y D es la misma que la velocidad a la que se consume. Entonces el equilibrio se alcanza cuando una velocidad es igual a la otra. Esto a veces os lo habrán escrito de esta manera. La velocidad de la reacción respecto al tiempo.
Speaker A
Fijaos. Vamos a escribir primero la velocidad directa. ¿Cómo es al principio la velocidad directa? Al principio es muy elevada porque hay mucho reactivo. Entonces al principio la velocidad es muy elevada. Pero conforme el reactivo se va consumiendo, esa velocidad al final se va haciendo constante, va tendiendo a una asíntota.
Speaker A
¿Y aquí qué ocurre? Aquí ocurre lo contrario. Esta es la velocidad directa. En este caso al principio, ¿cuánto había de C y D al comienzo? No había. Y si no había C y D, ¿os acordáis que decíamos que esta reacción al principio no se producía?
Speaker A
Porque si no hay productos, al principio es cero. Pero ¿qué ocurre? Que conforme va avanzando la reacción, hay más de C y D. Entonces, ¿qué pasa con la velocidad?
Speaker A
Que esta velocidad va aumentando. ¿Hasta dónde? Hasta una asíntota. ¿Qué va a pasar en un momento? Va a pasar que esas dos velocidades se van a igualar. Y que cuando esas dos velocidades se igualen, lo que va a
Speaker A
pasar es que estamos en equilibrio. Entonces las podemos igualar: velocidad directa igual a velocidad inversa. Voy a sustituir cada una por su expresión, la velocidad directa por todo esto y la inversa por todo esto. Vale, y ahora lo que voy a hacer, que
Speaker A
esta constante de aquí la voy a pasar al otro lado dividiendo y todo esto de aquí lo voy a pasar al otro lado dividiendo. Entonces la constante directa entre la constante inversa que pasa dividiendo es igual a la concentración
Speaker A
de los productos en el equilibrio partido de la concentración de los reactivos en el equilibrio. Esta ecuación ya os suena, ¿verdad? A esto le llamamos constante de equilibrio, K sub c. Y esta es la ley de acción de
Speaker A
masas. Fijaos que yo he definido que la velocidad directa es igual a la inversa en el equilibrio. Y por tanto, tengo que poner las concentraciones en el equilibrio.
Speaker A
¿Qué pasa si las pongo cuando quiera, por ejemplo, al inicio? Que aquí no está el equilibrio. Entonces eso no nos va a dar caso C. Tengo que poner las concentraciones en el equilibrio de las especies cuando ya estén en el equilibrio.
Speaker A
Vale, teniendo la ley de acción de masas, podemos definir muy fácilmente la constante de equilibrio. La constante de equilibrio se define como, fijaos, el producto de las concentraciones de los productos en el equilibrio elevada a sus coeficientes estequiométricos dividido entre las concentraciones de qué? de los
Speaker A
reactivos en el equilibrio elevadas a sus coeficientes estequiométricos y ya está. Y tenéis que tener un par de consideraciones para utilizar esta fórmula. Una, caso C se considera adimensional. ¿Qué significa esto? Significa que no tiene unidades.
Speaker A
Sin embargo, nosotros cuando pongamos aquí las concentraciones, la tenemos que poner...
Speaker A
qué. Es decir, que aquí nos tendrían que haber dicho que está en estado gas o en disolución. Si hubiera alguna que está en estado sólido o en estado líquido, esas no se pondrían en la fórmula. Si menos dijeran que está en estado sólido,
Speaker A
por ejemplo, B desaparecería de esta fórmula. ¿Queda claro? ¿Por qué? Porque si son sólidos y líquidos, se considera que son tan grandes que su concentración no varía. Si su concentración no varía, al fin y al cabo son una constante. Y si es una
Speaker A
constante, lo que hacemos es incluirla dentro de esta. Os lo explico de otro modo para que lo entendáis. Os lo explico, fijaos, si B fuera un sólido y entonces es constante, lo consideramos constante, lo podemos subir aquí multiplicando. y
Speaker A
entonces esta constante, esto es constante y esto también, pues esto lo podemos definir como una nueva constante y esa sería la de equilibrio que os vamos a dar. Vale, entonces si es sólido líquido se cuenta como que ya os lo incluyen en esa
Speaker A
constante de aquí. Entonces en esta solo podemos incluir gases y especies en estado de acuoso, que os puede parecer así o como hace. Vale chicos, perfecto, pues hasta aquí el vídeo de hoy, espero que lo hayáis entendido porque a partir de ahora
Speaker A
vamos a utilizar esta fórmula Bastante. Entonces, borro esto y hago algún ejercicio. Nos vemos en el siguiente. Hasta entonces.
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