Reacciones reversibles y equilibrios

Las especies reaccionan para producir los productos. Sin embargo, los productos pueden también reaccionar para producir la especie original. Esto se conoce como reversibilidad de la reacción .

Para las reacciones reversibles, las reacciones directa y reversa están ocurriendo constantemente. Si está ocurriendo una reacción más que la otra, entonces la reacción neta está en la dirección de esa reacción. Todas las reacciones reversibles alcanzan una punta donde las reacciones directa y reversas ocurren a la misma tasa. Este punto se llama equilibrio dinámico .

Todas las reacciones son escencialmente reversible, pero algunas permanecen en un extremo (solamente los reactivo o los productos parecen estar presentes) que pareciera que la reaccion se ha efectuado completamente en una dirección solamente. Por ejemplo, la reacción de

favorece a los productos tanto, que la concentración de las moléculas de HCl en la solución es esencialmente insignificante.

Si en el equilibrio hay cantidades significativas de producto y de reactivo, entonces la reacción se puede describir en términos de un valorde K, o constante de equilibrio. Para cualquier reacción:

se define la K como:

donde K es una constante  para la reacción a temperatura constante. K no tiene unidades.

PUNTO DE ÉNFASIS: Las concentraciones en el equilibrio se combinan siempre de la manera anterior para producir el valor de K, sin importar las concentraciones iniciales de especies.

Un punto importante sobre la formación de la expresión de la constante de equilibrio es que solamente las sustancias acuosas y gaseosas están incluidas en la expresión. Se excluyen los sólidos y los líquidos puros . Intuitivamente, esto tiene sentido porque la " concentración " de un sólido o de un líquido puro es definida por su densidad, y es por lo tanto es una constante a una temperatura y una presión dadas. Para los insatisfechos con esto, una explicación más científica se da en la sección siguiente.
 

Ácidos y bases como reacciones del equilibrio

Sin embargo, la mayoría de ácidos son débiles y solamente una fracción del ácido débil presente en la solución acuosa reacciona realmente con agua. La mayoría del ácido permanece en su estado inicial sin disociar, y la mezcla que resulta de reactivo y de productos se puede describir matemáticamente.

Para los ácidos, una constante de equilibrio especial para la reacción de cada ácido con agua se define como $$K _a , o constante ácida de la disociación . $El\; valor\; de \; K$_a  es una medida de la cantidad de disociación del ácido. Cuando la Ka aumenta, tambien lo hara la cantidad de disociación.

$La\; K$_a  para cualquier solución ácida en equilibrio:

se define como:

donde $X-$está la base conjugada del ácido.

Se pudo haber notado que algunos de los equilibrios de la ácido-base en esta pagina se han escrito como

y se han escrito esos otros como

La exclusión de sólidos y de líquidos puros de expresiones de constantes de equilibrio tales como K _a es especialmente importante aquí porque hace las expresiones del equilibrio para estas dos reacciones la misma, pues se considera H ⁺ y H₃O⁺ iguales. Así, cualquier forma de la ecuación del equilibrio de la ácido-base puede ser utilizada.
 
 

Valores ácidos de disociación y Tablas C.I.E.

Como $K$_a es una constante, es útil para calcular las características de la solución del equilibrio, tales como pH y porcentaje  de disociación.

Un método útil de manejo de equilibrios químicos implica separar  el equilibrio en 2 pasos,uno inicial y otro en el  equilibrios, y esta idea implica el uso de las concentraciones  inicial y su cambio en el Equilibro o Tabla de C.I.E..

Las concentraciones iniciales se escriben en el tabla de C.I.E. asumiendo que el ácido no se ha disociado, por lo tanto no se produce ningun ion de hidronio o de su base conjugada. Por ejemplo, en una solución de los 0.10M $de\; H$₂ S , un ácido débil, la disociación del $de\; H$₂ S produce iones de $H+$y $HS-$  reduciendo la cantidad de moléculas de H₂S en la solución. La concentración inicial $de\; H$₂ S sería los 0.10M, y las concentraciones iniciales de $H+$y $HS-$serían 0 al inicio..

Para alcanzar equilibrio, algunas moléculas de H ₂ S disocian para producir iones $H+$y $HS-$. Por cada molécula $de\; H$₂ S  se  disocia, uno de $H+$y uno de $HS-$. En términos algebraicos, si x moles $H+$han formado (+x),moles de x $de\; HS-$también se han formado (+x) y x moles de$de\; H$₂ S han disociado (- x).

La concentración del equilibrio de cada especie es una suma de la concentración inicial y del cambio en la concentración:

Los molaridades dadas (de la especie originalmente en la solución) reaccionan en agua para producir más especie de la concentración desconocida. Así la tabla deC. I.E. es un método útil de calcular los molaridades reales de cada especie presente en la solución en el equilibrio. Como $la\; K$de un ácido es constante, estos valores se pueden substituir en la expresión de equilibrio y el obtener el dato desconocido.