Reacción reversible

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Reacciones químicas

Se llama reacción reversible a la reacción química en la cual los productos de la reacción vuelven a combinarse para generar los reactivos.

Reacción reversible[editar]

Este tipo de reacción se representa con una doble flecha, donde la flecha indica el sentido de la reacción;Esta ecuación representa una reacción directa (hacia la derecha) que ocurre simultáneamente con una reacción inversa (hacia la izquierda):

a\mbox{A} + b\mbox{B} \rightleftharpoons c\mbox{C} + d\mbox{D} \,\!

Donde a, b y c, d representan el número de moles relativos de los reactivos A, B y de los productos C, D respectivamente y se los llama coeficientes estequiométricos.[1]

Constante específica de velocidad reacción[editar]

La descripción que sigue supone que la reacción química es de tipo elemental.[2]

Cuando el medio de reacción es homogéneo, en ausencia de catalizadores y para una reacción química como la descrita por las fórmulas del apartado anterior (dos reactivos y dos productos), las velocidades de reacción directa e inversa son directamente proporcionales a las concentraciones de los reaccionantes; según las siguientes fórmulas:

 V_{rd} = k_{rd} [A]^a [B]^b \,

y

 V_{ri} = k_{ri} [C]^c [D]^d \,

Donde Vrd y Vri representan la velocidad de reacción directa e inversa y krd y kri son las constantes específicas de la velocidad de reacción.

Estas ecuaciones representan que la velocidad de reacción es igual al producto de una constante de reacción, multiplicada por las concentraciones (en moles por litro) elevadas a una potencia –igual al orden de una reacción química determinado experimentalmente.

La reacción ocurre con una velocidad neta hasta que se alcanza el estado de equilibrio químico, en el cual la velocidad a la que los productos se transforman en los reactivos iguala a la velocidad de transformación de reactivos en productos y se instala un estado de equilibrio dinámico.[3]

V_{rd} = V_{ri} \,\!

La constante específica de velocidad de reacción depende de la temperatura del medio de reacción (ver ecuación de Arrhenius).[4]

La presencia de un catalizador en el medio de reacción y/o un medio de reacción de más de una fase, sistema heterogéneo, requiere fórmulas más complejas que no serán abordadas en el presente artículo.

Constante de equilibrio de la reacción[editar]

Como se dijo, en el estado de equilibrio químico se instala un equilibrio dinámico en el que la velocidad neta de reacción es igual a cero porque las velocidades de reacción directa e inversa son idénticas.

Se puede reordenar las fórmulas anteriores de la siguiente manera:

 k_{rd} [A]_e^a [B]_e^b = k_{ri} [C]_e^c [D]_e^d  \,

ya que si los primeros miembros son iguales los segundos también lo serán. El subíndice e que afecta a las concentraciones indica que son sus valores llegados al equilibrio

Y reordenando la ecuación anterior tendremos:

\frac{k_{rd}}{k_{ri}} =  \frac{[C]_e^c [D]_e^d}{[A]_e^a [B]_e^b} \,

Puede verse entonces que también es constante el cociente del producto de las concentraciones elevadas a una potencia igual a sus coeficientes estequiométricos, donde en el numerador van las concentraciones de los productos y en el denominador las de los reactivos, todas correspondientes al estado de equilibrio.

A este cociente se lo llama Constante de equilibrio K.[5]

Entonces:

 K =  \frac{[C]_e^c [D]_e^d}{[A]_e^a [B]_e^b} \,

Observaciones[editar]

  • Un estudio riguroso requiere que en vez de los valores de las concentraciones se usen las actividades de los reactivos y productos, pero excedería el nivel de profundidad pretendido.
  • No deben confundirse los términos reversible e irreversible utilizados en reacciones químicas con las transformaciones reversibles (o irreversibles) definidas por la termodinámica.

Reseña histórica[editar]

El concepto de reacción reversible fue introducido por Berthollet en 1803, después de observar la formación de cristales de carbonato de sodio en la orilla de una salina.[6]

\rm 2 NaCl + CaCO_{3} \longrightarrow Na_{2}CO_{3} + CaCl_{2}  \,\!

Berthollet reconoció esta reacción como la inversa de la conocida reacción

\rm Na_{2}CO_{3} + CaCl_{2} \longrightarrow 2 NaCl + CaCO_{3}  \,\!

Hasta entonces se pensaba que las reacciones químicas ocurrían siempre en un solo sentido. Berthollet dedujo que el exceso de sal (cloruro sódico, NaCl) en el lago fue lo que inclinó la reacción hacia su sentido inverso, formando carbonato de sodio.[7]

En 1864, Waage y Guldberg formularon la ley de acción de masas, que cuantifica las observaciones de Berthollet. Entre 1884 y 1888 Le Châtelier y Braun formularon el Principio de Le Châtelier que extendió esta idea contemplando el efecto de otros factores además de los cambios en la concentración, como son los cambios en la presión y la temperatura, y su efecto sobre el equilibrio químico de la reacción.

Véase también[editar]

Notas y referencias[editar]

  1. Brown,LeMay,Bursten. Química. La ciencia central (novena edición, 2004. edición). México: Ediciones Pearson Educación. Consultado el 18 de mayo de 2012. 
  2. Izquierdo, Cunill, Tejero, Monserrat Ibora, Carles Fite. Cinética de las reacciones químicas (2004. edición). España: Ediciones de la Universitat de Barcelona. Consultado el 22 de mayo de 2012. 
  3. Jaramillo Sánchez. Química Para El Acceso a Ciclos Formativos de Grado Superior (Primera edición, mayo 2004. edición). España: La Editorial Virtual. Consultado el 18 de mayo de 2012. 
  4. H. Scott Fogler. Elementos de ingeniería de las reacciones químicas (Tercera edición. edición). Editorial Pearson Educación. Consultado el 18 de mayo de 2012. 
  5. Lacreu,Aramendía,Aldabe. Química 1, Fundamentos (edición, marzo de 1999. edición). Argentina: Ediciones Colihue. Consultado el 18 de mayo de 2012. 
  6. How did Napoleon Bonaparte help discover reversible reactions?. Chem1 General Chemistry Virtual Textbook: Chemical Equilibrium Introduction: reactions that go both ways.
  7. Claude-Louis Berthollet,"Essai de statique chimique", Paris, 1803. (Google books)

Bibliografía[editar]

  • Izquierdo, Cunill, Tejero, Monserrat Ibora, Carles Fite, Cinética de las reacciones químicas, Ediciones de la Universitat de Barcelona. 2004. ISBN 84-8338-479-5
  • José Antonio Jaramillo Sánchez, QUÍMICA, Centro de estudios Vector, Editorial MAD. 1ª edición, mayo de 2004. ISBN 84-665-3045-2
  • Sara Aldabe, Pedro Aramendía, Laura Lacreu, QUÍMICA 1, fundamentos, Ediciones Colihue. edición, marzo de 1999. ISBN 950-581-343-0
  • H. Scott Fogler, Elementos de ingeniería de las reacciones químicas, Editorial Pearson Educación. Tercera edición. ISBN 970-26-0079-0
  • Brown, LeMay, Bursten. QUÍMICA. La ciencia central. Ediciones Pearson Educación. Novena edición, 2004. ISBN 970-26-0468-0