3 QUIMICA Schaum

258 CAPÍTULO 16 TERMODINÁMICA Y EQUILIBRIO QUÍMICO
LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO
Para una reacción reversible en equilibrio,
0 G o RT ln Q eq
o bien,
G o RT ln Q eq (16-7)
La ecuación (16-7) es un enunciado notable. Implica que Q eq , el valor del cociente de la reacción en las condiciones
de equilibrio, sólo depende de cantidades termodinámicas que son constantes en la reacción (la temperatura y el
cambio de energía libre estándar para la reacción a esa temperatura) y es independiente de las concentraciones reales
iniciales de los reactivos o los productos. Por esa razón, a Q eq se le llama constante de equilibrio, K, y la ecuación
(16-7) se reescribe en la forma:
G o RT ln K (16-8)
EJEMPLO 2 Se tiene la reacción reversible siguiente, en la que los participantes son gases:
H 2 I 2
2HI
Una mezcla de reacción podría prepararse a partir solamente de H 2 e I 2 , de HI e I 2 , sólo de HI o de una mezcla de las tres sustancias.
Independientemente de cómo se comience, se efectuará una reacción neta en una u otra dirección hasta que el sistema llegue a un
estado en el que ya no haya cambio neto (un equilibrio). Ese equilibrio se podría describir especificando la concentración de las
tres sustancias. Debido a la diversidad de formas de preparar la mezcla inicial (cantidades relativas distintas de las sustancias) hay
una cantidad infinita de estados de equilibrio. Cada uno de esos estados de equilibrio se puede describir con un conjunto de concentraciones
de las tres sustancias. Sin embargo, una relación, K, es la que describe las relaciones entre las concentraciones:
K
[HI]2
[H 2 ][I 2 ]
Es decir, la función particular de las tres concentraciones, definida por Q (el cociente de reacción), siempre es igual en el equilibrio.
Eso es cierto aun cuando cualquier concentración individual varíe hasta en una magnitud de 10. Este principio unificador permite
calcular las condiciones en equilibrio, en cualquier conjunto de condiciones.
Con mediciones experimentales se demuestra que en los gases muy comprimidos o en las disoluciones muy concentradas,
en especial si tienen cargas eléctricas, las moléculas se afectan entre sí. En esos casos, la actividad real o la
concentración efectiva puede ser mayor o menor que la concentración medida. En consecuencia, cuando las moléculas
que intervienen en el equilibrio están relativamente cercanas entre sí, la concentración debe multiplicarse por un coeficiente
de actividad, que se determina en forma experimental. A presiones y concentraciones moderadas, el coeficiente
de actividad para los compuestos no iónicos es cercano a la unidad, lo que indica que hay pocas interacciones
moleculares. En los problemas de este libro no se hará la corrección con el coeficiente de actividad.
La constante de equilibrio, K, es sólo un número, sin unidades, cuya magnitud no sólo depende de la temperatura,
sino en general también de la concentración del estado estándar al cual se refieren todas las concentraciones. En este
capítulo se considera que el estado estándar para sustancias disueltas es la concentración 1 M, a menos que se indique
otra cosa. La magnitud de K no depende de la elección de la concentración estándar en el caso especial en el que la
suma de los exponentes de las concentraciones en el numerador y en el denominador sean iguales.
La concentración de un gas es proporcional a su presión parcial (n/V = P/RT, donde [gas] = n/V). Analice el
siguiente equilibrio, en el que todos los participantes son gases:
aA bB
cC dD