Definición de Equilibrio Homogéneo y Heterogéneo
Ingeniera Química
El equilibrio de una reacción química puede ser homogéneo, si todos los reactivos y productos se encuentran en el mismo estado de agregación o bien heterogéneo si entre los productos y reactivos intervienen distintas fases.
Equilibrios Homogéneos
En general, los equilibrios ácido-base son homogéneos, ya que ocurren en disoluciones acuosas. Así mismo, el grado de ionización de cada ácido o base dará lugar al pH de la solución y este proceso está gobernado por la contante de acidez o basicidad, conocidas como Ka y Kb respectivamente.
A continuación, se tiene un ejemplo de equilibrio químico homogéneo y de su respectiva constante de equilibrio:
Siendo:
Cabe recordar que el equilibrio químico se produce cuando la velocidad de reacción directa es igual a la velocidad de reacción indirecta.
Equilibrios Heterogéneos
En general, los atribuimos a disoluciones o precipitaciones de compuestos iónicos ya que su fase inicial o final responde a un sólido que se diluye o precipita en solución acuosa. Cabe destacar que, en estos casos, la constante que gobierna el proceso es la constante de equilibrio Keq, sin embargo, los sólidos no entran en juego en los productos de dicha constante.
Un ejemplo claro de equilibrio heterogéneo es la descomposición a alta temperatura del carbonato de calcio sólido formando óxido de calcio sólido y dióxido de carbono gaseoso:
Siendo:
Equilibrios heterogéneos sólido-líquido
En los equilibrios heterogéneos donde se precipita un sólido, juega un rol fundamental la constante del producto de solubilidad o Kps, y es ella, en este caso, la constante de equilibrio que gobierna el proceso, indicando cuan soluble es el sólido en el solvente utilizado, comúnmente agua.
¿A qué se debe esto? Prácticamente, a la formación de un producto insoluble o ligeramente soluble a partir de un compuesto iónico, por lo que, en estos casos existen una serie de factores que juegan un papel importante.
En primer lugar, como en todo equilibrio, la temperatura, ya que el aumento de temperatura conlleva a un aumento de la energía cinética de los cristales que debilita las fuerzas de enlace por las vibraciones ocasionadas.
Por otro lado, la naturaleza de los compuestos interactuantes, ya que, como sabemos, cuanto mayor sea la similitud en la polaridad del solvente y el compuesto a disolverse, mejor será el grado de solubilidad. Esto se explica ya que la magnitud de las fuerzas interactuantes entre el solvente y el sólido por disolverse debe ser similar a las que poseía el sólido inicialmente.
Por último, juega un papel muy importante la entropía del sistema. La variación de entropía explica el grado de orden de un sistema y, como se sabe, el Universo siempre tiende al caos o desorden. Cuando se produce la disolución, se rompen enlaces del compuesto iónico aumentando el desorden, por lo que, el proceso se ve ampliamente favorecido.
Entonces, cuando un compuesto iónico se disuelve en el sentido directo de la reacción de equilibrio y, precipita, en el sentido opuesto, la relación que gobierna el proceso es la constante del producto de solubilidad mencionada.
En ambos tipos de equilibrios podemos destacar características comunes: en primer lugar, la temperatura juega un rol fundamental, ya que controla el equilibrio. Si esta variable varía, por el Principio de Le Chatelier el sistema reaccionará de forma tal de contrarrestar dicha perturbación. Así mismo, el valor de la constante de equilibrio es único para cada reacción de equilibrio a una dada temperatura y corresponde a un cociente de actividades, por lo que es independiente de la concentración o presión de productos y reactivos. Para profundizar en el estudio de la variación de Keq con la temperatura se debe adentrarse en la Ecuación de Van’t Hoff.
En segundo lugar, el estado de equilibrio no debe variar con el tiempo y cuando hablamos de estado de equilibrio nos referimos a un proceso que se lleva a cabo en un sistema cerrado.
Por otro lado, en todos los casos, la expresión de las constantes de equilibrio, sea cual sea el proceso llevado adelante, conserva su forma siendo: concentración de productos elevados a sus respectivos coeficientes estequiométricos respecto de concentración de reactivos elevados a sus coeficientes estequiométricos. Cabe destacar que, la mayoría de estas constantes, se hayan tabuladas a 25ºC.
Trabajo publicado en: Dic., 2021.
Referencias
Apuntes de cátedra, Química General I, UNMdP, Facultad de Ingeniería, 2019.Escriba un comentario
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