3.1.1. Aspecto Cinético

Analicemos la primera característica del estado de equilibrio: dos reacciones que se producen simultáneamente, en sentidos opuestos y a la misma velocidad: el aspecto cinético del equilibrio.

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El tetróxido de dinitrógeno, N2O4, es una sustancia incolora que se descompone cuando se calienta, para dar dióxido de nitrógeno, NO2, una sustancia de color pardo.

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Si en un cilindro cerrado colocamos una determinada cantidad de N2O4(g), al que representaremos por esferas blancas, a nivel molecular visualizaríamos que:

  • al inicio sólo hay esferas blancas.
  • Conforme transcurre el tiempo se va formando el NO2(g), al que representaremos por esferas rojas. Observaremos que el número de esferas rojas se va incrementando y el de las esferas blancas va disminuyendo, según la proporción estequiométrica, es decir, por cada esfera blanca que se descompone, se forman dos esferas rojas.
  • Sin embargo, llegará un momento en el que apreciaremos que se mantiene constante el número de esferas de cada color, que ya no varían.

Podemos afirmar que la reacción de descomposición del N2O4 ha alcanzado el equilibrio químico.
observación

A nivel molecular, ¿qué ocurre dentro del cilindro?:

* ¿se habrá paralizado la reacción?

* ¿las moléculas se quedarán estáticas?

Si calentamos N2O4(g) por encima de la temperatura ambiente, se descompone a NO2(g), el cual puede ser detectado por la intensidad creciente del color pardo:

N2O4(g)    →     NO2(g)   +   NO2(g)                        reacción directa

Una vez producido el NO2(g) puede reaccionar para volver a formar N2O4(g):

NO2(g)   +   NO2(g)       →     N2O4(g)                     reacción inversa

Estas reacciones son elementales, entonces sus ecuaciones de velocidad serán:

Reacción directa:     vd = kd[N2O4]

Reacción inversa:      vi = ki[NO2]2

Al inicio sólo tenemos N2O4(g), la velocidad de la reacción directa es relativamente grande y va disminuyendo a medida que la [N2O4] disminuye. Al formarse el NO2(g) se incrementa la [NO2], y la velocidad de la reacción inversa, inicialmente pequeña, aumenta.

equilibrio 1 anim

observación

En algún momento las dos velocidades se hacen iguales y cada vez que se descompone una molécula de N2O4, se forman dos moléculas de NO2.

Las concentraciones de N2O4 y de NO2 no cambian, aunque las reacciones directa e inversa, continúan efectuándose.

⇒ La reacción ha alcanzado el equilibrio químico.

Una vez alcanzado el equilibrio podemos escribir:

vd = vi

kd[N2O4]  =  ki[NO2]2

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