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Equilibrio químico en disolución

Las reacciones transcurren hasta un estado de equilibrio químico en el cual la relación de concentración entre reactivos y productos es constante. Las expresiones de la constante de equilibrio son ecuaciones algebraicas que describen las relaciones de concentración entre reactivos y productos en el equilibrio químico. Tales relaciones permiten calcular la cantidad de analito que queda sin reaccionar cuando se alcanza el estado estacionario.

La relación de concentraciones en el equilibrio químico es independiente del camino como se haya llegado al estado de equilibrio. Además un sistema en equilibrio no se apartará espontáneamente de esta condición, a menos que se perturbe alguno de los factores que condiciona la situación de equilibrio. Estas perturbaciones pueden afectar a la temperatura, la presión o la concentración. Estos efectos pueden predecirse a partir del Principio de Le Chatelier que afirma que la posición del equilibrio químico siempre se desplaza en la dirección que tiende a compensar la perturbación producida. Un aumento de la temperatura altera la relación de concentraciones en la dirección que tiende a absorber calor, y un aumento de la presión favorece a los reactivos que ocupan un volumen total menor. El desplazamiento del equilibrio ocasionado por cambios de la cantidad de alguna de las especies participantes se denomina efecto de acción de masas.

Expresiones de la constante de equilibrio
La influencia de la concentración en la posición de un equilibrio químico se describe en términos cuantitativos en forma adecuada por medio de una expresión de la constante de equilibrio. Estas expresiones permiten predecir la dirección y la integridad de la reacción. Sin embargo, la expresión de la constante de equilibrio no da información sobre la velocidad a la que se alcanza el equilibrio.

aA + bB <==> cC + dD



Ionizacion del agua

La autoionización del agua (también llamada autodisociación del agua) es la reacción química en la que dos moléculas de agua reaccionan para producir un ión hidronio (H3O+) y un ión hidróxido (OH−):

2 H2O (l) H3O+ (aq) + OH− (aq)
Este es un ejemplo de autoprotólisis, y se basa en la naturaleza anfotérica del agua.

El agua, aunque sea pura, no es una simple colección de moléculas de H2O. Incluso en "agua pura", un equipo sensible puede detectar una conductividad muy leve de 0,055 μS · cm-1. Según las teorías de Arrhenius, esto se debe a la presencia de iones.


Concentración y frecuencia
La anterior reacción tiene una constante de equilibrio químico de:

Keq = ([H3O+] [OH−]) / [H2O]2 = 3,23.10−18.
Así la constante de constante de acidez es:

Ka = Keq . [H2O] = ([H3O+] [OH−]) / [H2O] = 1,8.10−16.[1]
Para reacciones en agua (o en soluciones acuosas diluidas), la molaridad (una unidad de concentración) del agua, [H2O], es prácticamente constante y se omite por convenio de la expresión de la constante de acidez. La constante de equilibrio que resulta se denomina constante de ionización, constante de disociación, constante de autoionización, o producto iónico del agua y se simboliza por Kw.

Kw = Ka . [H2O] = Keq . [H2O]2 = [H3O+] . [OH−]
donde

[H3O+] = molaridad del ión hidrógeno o hidronio, y
[OH−] = molaridad del ión hidróxido.
En condiciones estándar de presión y temperatura, alrededor de 25 °C (298 K):

Kw = [H3O+] . [OH−] = 1,0 . 10−14.
El agua pura se ioniza o disocia en cantidades iguales de H3O+ y OH−, por lo que sus molaridades son iguales:

[H3O+] = [OH−]
En condiciones estándar las concentraciones de hidróxido e hidronio son ambas tan bajas como 1,0 . 10−7 mol/L y los iones rara vez se producen: una molécula de agua seleccionada al azar se disocia aproximadamente cada 10 horas.[2] Puesto que la concentración de moléculas de agua en el agua está en su mayor parte sin afectar por la disociación y [H2O] es aproximadamente de 56 mol/L, se deduce que por cada 5,6 . 108 moléculas de agua, existirá un par de moléculas como iones. Cualquier solución en la que las concentraciones de H3O+ y OH− sean iguales se considera una solución neutra. El agua totalmente pura es neutra, aunque incluso pequeñas cantidades de impurezas pueden afectar a estas concentraciones de iones y el agua ya no sería neutra. Kw es sensible a la presión y la temperatura, aumentando cuando alguno de ellos aumenta.

Cabe señalar que el agua desionizada es el agua del grifo o de fuentes naturales a la que se le han quitado la mayoría de iones impureza (como Na+ y Cl-) por medio de la destilación o algún otro método de purificación de agua. La eliminación de todos, los iones del agua es casi imposible, ya que el agua se autoioniza para alcanzar el equilibrio.

Disociación
 Disociación en química es un proceso general en el cual complejos, moléculas o sales se separan en moléculas más pequeñas, iones o radicales, usualmente de manera reversible. Disociación es lo opuesto de la asociación, síntesis o a la recombinación.

Cuando un ácido de Bronsted-Lowry se pone en el agua, un enlace covalente entre un átomo electronegativo y un átomo de hidrógeno se rompe por la fisión heterolítica, lo que da un protón y un ión negativo.

El proceso de disociación es frecuentemente confundido con el de ionización.

Constante de disociación

Para disociaciones reversibles en equilibrio quimi

La constante de disociación K_c es la relación del componente disociado con respecto del asociado.

Sales
La disociación en sales por solvatación en un solvente como agua significa la separación de los aniones y cationes. La sal puede recuperarse por la evaporación del solvente o por cristalización al reducir la temperatura.

Ácidos
La disociación de los ácidos en una solución significa la liberación de un protón H+, éste es un proceso de equilibrio, esto quiere decir que disociación y la recombinación ocurren al mismo tiempo con la misma velocidad. La constante de disociación de los ácidos Ka indica qué tan fuerte es un ácido, los ácidos fuertes poseen una Ka de mayor valor (por lo tanto menor pKa). El estudio de estos equilibrios se llama Equilibrio ácido-base.

Grado de disociación
El grado de disociación, α, se define como el cociente entre la cantidad de sustancia disociada, respecto de la cantidad de sustancia inicial o total. Estas cantidades de sustancia se miden en moles, o en cualquier magnitud proporcional a los moles: masa, volumen de gas medidos en iguales condiciones...


Suele darse en forma de porcentaje o de tanto por ciento:






Así por ejemplo, si calentamos 140 gramos de yoduro de hidrógeno y, al alcanzar elequilibrio, sólo quedan 75 g, se deduce que se han disociado 140g - 75 g = 65 g.

Y por tanto, el grado de disociación (%) será 

Disociación del agua

Las propiedades de las disoluciones dependen del equilibrio del solvente, las disoluciones acuosas dependen del equilibrio de la disociación del agua. El agua, tanto en el estado puro como en el estado de disolvente es disociada en iones llamados hidronio: H⁺ e hidroxilo: OH^-

Donde ac significa acuoso. Esta disociación, en dirección a la derecha ocurre únicamente hasta que el equilibrio se alcanza, después ocurre en ambas direcciones a la misma velocidad. Aproximadamente una de cada 500 millones de moléculas de agua se disocia. La ecuación se puede escribir igual que la de cualquier disociación:

Siendo K_c la constante de disociación del agua, debido a que la disociación es prácticamente siempre la misma, se puede combinar con una nueva constante K_w:

El Agua

agua

El agua (del latín aqua) es una sustancia cuya molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida. En su uso más común, con agua nos referimos a la sustancia en su estado líquido, pero la misma puede hallarse en su forma sólida llamada hielo, y en forma gaseosa que llamamos vapor. El agua cubre el 71% de la superficie de la corteza terrestre.

Propiedades físicas y químicas

El agua es una sustancia que químicamente se formula como H2O; es decir, que una molécula de agua se compone de dos átomos de hidrógeno enlazados covalentemente a un átomo de oxígeno.

Las propiedades fisicoquímicas más notables del agua son:

• El agua es insípida e inodora en condiciones normales de presión y temperatura. El color del agua varía según su estado: como líquido, puede parecer incolora en pequeñas cantidades, aunque en el espectrógrafo se prueba que tiene un ligero tono azul verdoso. El hielo también tiende al azul y en estado gaseoso (vapor de agua) es incolora.

Conversion del agua en hielo en un vaso.
• El agua bloquea sólo ligeramente la radiación solar UV fuerte, permitiendo que las plantas acuáticas absorban su energía.
• Ya que el oxígeno tiene una electronegatividad superior a la del hidrógeno, el agua es una molécula polar. El oxígeno tiene una ligera carga negativa, mientras que los átomos de hidrógenos tienen una carga ligeramente positiva del que resulta un fuerte momento dipolar eléctrico.
• La fuerza de interacción de la tensión superficial del agua es la fuerza de van der Waals entre moléculas de agua. La aparente elasticidad causada por la tensión superficial explica la formación de ondas capilares. A presión constante, el índice de tensión superficial del agua disminuye al aumentar su temperatura.
• La capilaridad se refiere a la tendencia del agua de moverse por un tubo estrecho en contra de la fuerza de la gravedad. Esta propiedad es aprovechada por todas las plantas vasculares, como los árboles.
• Otra fuerza muy importante que refuerza la unión entre moléculas de agua es el enlace por puente de hidrógeno.
• El punto de ebullición del agua (y de cualquier otro líquido) está directamente relacionado con la presión atmosférica.
• El agua es un disolvente muy potente, al que se ha catalogado como el disolvente universal, y afecta a muchos tipos de sustancias distintas.
• El agua es miscible con muchos líquidos, como el etanol, y en cualquier proporción, formando un líquido homogéneo.
• El agua pura tiene una conductividad eléctrica relativamente baja, pero ese valor se incrementa significativamente con la disolución de una pequeña cantidad de material iónico, como el cloruro de sodio.
• El agua tiene el segundo índice más alto de capacidad calorífica específica —sólo por detrás del amoníaco— así como una elevada entalpía de vaporización (40.65 kJ mol-1); ambos factores se deben al enlace de hidrógeno entre moléculas. Estas dos inusuales propiedades son las que hacen que el agua "modere" las temperaturas terrestres, reconduciendo grandes variaciones de energía
• El agua puede descomponerse en partículas de hidrógeno y oxígeno mediante electrólisis.
• Como un óxido de hidrógeno, el agua se forma cuando el hidrógeno —o un compuesto conteniendo hidrógeno— se quema o reacciona con oxígeno —o un compuesto de oxígeno—. El agua no es combustible, puesto que es un producto residual de la combustión del hidrógeno. La energía requerida para separar el agua en sus dos componentes mediante electrólisis es superior a la energía desprendida por la recombinación de hidrógeno y oxígeno. Esto hace que el agua, en contra de lo que sostienen algunos rumores, no sea una fuente de energía eficaz.
• Los elementos que tienen mayor electropositividad que el hidrógeno —como el litio, el sodio, el calcio, el potasio y el cesio— desplazan el hidrógeno del agua, formando hidróxidos. Dada su naturaleza de gas inflamable, el hidrógeno liberado es peligroso y la reacción del agua combinada con los más electropositivos de estos elementos es una violenta explosión
  

EL AGUA