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Equilibrio Químico Teoría 2: Constante de equilibrio Kc. Ley de acción de masas.

En el año 1864, Guldberg y Waage hallaron experimentalmente que existe una relación entre las concentraciones de reactivos y de productos de una reacción química una vez que esta ha alcanzado el equilibrio. A dicha relación se la denomina constante de equilibrio, y se simboliza como Kc. Veamos cómo deducir la expresión de Kc.

Si consideramos la siguiente reacción reversible:

Reacción reversible general

La velocidad de la reacción hacia la derecha, de reactivos a productos, será:

vd = kd·[A]n·[B]m

Consideramos que se trata de un proceso elemental. Ya hemos indicado en numerosas ocasiones en el tema de cinética química, que si tenemos un proceso elemental, los exponentes de la ecuación de velocidad coinciden con los coeficientes estequiométricos, así:

vd = kd·[A]a·[B]b

Para la reacción inversa:

vi = ki·[C]c·[D]d

Al alcanzar el equilibrio, como hemos indicado en el primer apartado de teoría, lo que ocurre es que las velocidades directa e inversa se igualan:

vd = vi

kd·[A]a·[B]= ki·[C]c·[D]d

Constante de equilibrio: velocidades igualadas

El cociente entre las dos constantes de velocidad a una temperatura dada será otra constante, cuyo valor depende también de la temperatura, y que llamamos Kc, constante de equilibrio:

Constante de equilibrio: ley de acción de masas

Esta expresión es la denominada ley de acción de masas. Así, la ley de acción de masas nos indica que, en un proceso elemental, el producto de las concentraciones de los productos en el equilibrio, elevadas a sus respectivos coeficientes estequiométricos, dividido por el producto de las concentraciones de los reactivos elevadas a sus respectivos coeficientes estequiométricos, es un valor constante para cada temperatura.

Aunque el valor de la constante de equilibrio Kc está asociado a concentraciones molares, por convenido se suele expresar como una magnitud adimensional, esto es, sin unidades.

Por ejemplo, para la reacción entre I2 y H2 para dar HI:

I2(g) + H2(g) ⇔ 2HI(g)

Constante de equilibrio formación HI

Kc a 298K = 794

Kc a 500K = 160

Kc a 1100K = 25

Aunque como vemos el valor de la constante de equilibrio Kc varía con la temperatura, su valor es independiente de las concentraciones iniciales de reactivos y productos.

El valor de Kc de una reacción química nos indica en qué grado se produce la misma. Así:

– Cuando Kc > 1, la mayoría de reactivos se convierten en productos cuando se alcanza el equilibrio químico.

– Cuando Kc ≈ ∞, prácticamente no existen más que productos, se comporta como una reacción irreversible.

– Cuando Kc < 1, al alcanzarse el equilibrio químico, solo se han formado pequeñas concentraciones de productos, la cantidad de reactivos es mayor.

Por ejemplo, para las reacciones siguientes, todas ellas a 500K:

N2O2(g) ⇔ 2NO2(g)  Kc = 42, la [NO2] es mayor que la [N2O2]

F2(g) ⇔ 2F(g) Kc = 7,3·10-13, la reacción prácticamente no se da

H2(g) + Cl2(g) ⇔ 2HCl(g) Kc = 4·1018, la reacción es prácticamente completa, no quedarán en el recipiente moléculas de reactivos, H2 y Cl2.

Cabe destacar también que el valor de la constante de equilibrio Kc corresponde a un equilibrio expresado de forma determinada, de manera que si varía el sentido de la reacción, o su ajuste estequiométrico, también lo hace el valor de la constante, aunque ambos valores presentan cierta relación. Así:

– La constante de equilibrio de una reacción y su inversa son recíprocas:

I2(g) + H2(g) ⇔ 2HI(g)     Kc

 2HI(g) ⇔ I2(g) + H2(g)  Kc

Constantes de equilibrios recíprocos

– Si una reacción ajustada se multiplica o divide por un valor n (es decir, se ajusta de forma distinta), la constante de equilibrio sufre el mismo cambio, aunque como exponente:

Ecuación 1: I2(g) + H2(g) ⇔ 2HI(g)   Kc

Ecuación 2: (1/2)I2(g) + (1/2)H2(g) ⇔ HI(g)     Kc

Ecuación 2 = (1/2)·Ecuación 1

Kc‘ = (Kc)1/2

Distinto ajuste estequiométrico, distinta constante

– Si un proceso es la suma de varios equilibrios químicos, la constante de equilibrio global es producto de las anteriores:

H2(g) + 1/2O2(g) ⇔ H2O(g)    Kc

CO2(g) ⇔ CO(g) + 1/2O2(g)     Kc


H2(g) + CO2(g) ⇔ CO(g) + H2O(g)    Kc

Reacción 2 etapas: constante equilibrio

Por último, cabe destacar que cuando tenemos equilibrios heterogéneos, las concentraciones de sólidos o de líquidos puros no se indican en la expresión de la constante de equilibrio Kc porque son constantes y se incluyen en la misma. Únicamente se tienen en cuenta las especies disueltas o en estado gas:

CaCO3(s) ⇔ CaO(s) + CO2(g)

Así, para esta reacción, como CaCO3 y CaO son sólidos no se incluyen en la expresión de la constante, y esta queda únicamente como Kc = [CO2], incluyendo únicamente el CO2 por ser la única especie gaseosa.

También te puede interesar:

Equilibrio Químico Teoría 1: Definición de equilibrio químico. Reacciones reversibles e irreversibles. Tipos de equilibrios.

Category: Equilibrio Químico, Teoría de Equilibrio Químico, and Vídeos Equilibrio Químico.

Tags: Constante de equilibrio.

12 Comentarios

  1. no entiendo el concepto de solidos y liquidos puros. cuales son puros y cuales no?

    julian, 4 Años Antes Reply

    • ¡Hola! Son puros si no están mezclados con ninguna otra especie. Por ejemplo, el agua destilada (perfectamente destilada) tendría solo moléculas de H2O, y nada más. Sin embargo, el agua del grifo o de una botella es en realidad una disolución, no un líquido puro, porque contiene otras especies disueltas.
      De todos modos, a nivel práctico, en equilibrio químico fíjate en los subíndices de la reacción. Si tienes (s) o (l) no se incluyen en la Kc (esto es a lo que me refería en este caso son sólidos y líquidos puros) mientras que si el subíndice es (aq) o (g) (disueltos o gaseosos) sí se incluyen en la epxresión de Kc.

      QuimiTube, 4 Años Antes Reply

  2. hola! y porque los liquidos puros y los solidos no se tomama en cuenta en la Kc APRTE DE QUE SUS CONCENTRACIONES PERMANECEN INVARIABLES ?? NO ME QUEDA MUY CLARO

    joseph, 4 Años Antes Reply

    • Hola Joseph, es que es exactamente eso, no hay más razón, que sus concentraciones permanecen invariables. Si sus concentraciones no varían son constantes y por eso, en realidad, se incluyen en el propio valor de la constante porque no afectan al equilibrio. En la Kc tenemos que tener en cuenta las concentraciones que sí varían con el equilibrio. Un saludo.

      QuimiTube, 4 Años Antes Reply

  3. Hola! En equilibrios heterogéneos,
    NH4CN NH3 + HCN me dan la presión en el equilibrio, a la hora de calcular los moles en el mismo, he de contar también con los del cianuro de amonio o simplemente con los gaseosos? Para calcular las constantes no lo cuento pero para los moles?

    Carmen, 4 Años Antes Reply

    • ¡Hola Carmen! Realmente es indiferente si los cuentas o si no, porque cuando apliques la fórmula de la constante no lo tendrás en cuenta y entonces su concentración no va a afectar (además que consideramos que permanece constante). Así, con saber los moles de los gaseoso podrías realizar el ejercicio (en función de lo que te pida, pero suele ser así). Te sugiero ver este otro ejercicio:
      http://www.quimitube.com/videos/calcular-kc-a-partir-de-kp-en-un-equilibrio-heterogeneo

      QuimiTube, 4 Años Antes Reply

  4. Hola, tus vídeos son buenísimos! Alguna idea de un experimento para determicar la constante de equilibrio de:

    H2 + O2 –> H2O2 ?

    Gracias!

    Abraham Yehezkel, 4 Años Antes Reply

    • ¡Hola! Se me ocurre que podrías utilizar una reacción redox paralela utilizando el H2O2, quizá la reacción con el permanganato (que es coloreado y te haría de indicador) para poder conocer la concentración de H2O2 una vez alcanzado el equilibrio. Si conoces la cantidad inicial de H2 y O2 introducida en el recipiente, mantienes la temperatura constante durante todo el experimento y determinas también la concentración de gases al alcanzar el equilibrio (por ejemplo midiendo la presión durante todo el experimento) creo que sería posible calcular Kc.

      QuimiTube, 4 Años Antes Reply

  5. Si pusieran la teoria en pdf seria perfecto, muchas gracias por todo!

    daniel luque, 3 Años Antes Reply

    • Hola Daniel, apuntamos la sugerencia, espero que podamos llevarla a cabo pronto aunque últimamente no tenemos demasiado tiempo para dedicar por cuestiones de trabajo. Un saludo grande.

      QuimiTube, 3 Años Antes Reply

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  7. Hola Carmen ,
    Soy profesor de física y estoy opositando a Física y Química . Quería felicitarte por tu labor . Estos videos son mi punto de partida (luego amplío por mi cuenta para llegar al nivel requerido) . Tu labor es , sencillamente , excelente . Muchas gracias por todo

    Jose María, 2 Años Antes Reply


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