Reacciones reversibles, Diapositivas de Química

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UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL “LISANDRO ALVARADO”

DECANATO DE CIENCIAS DE LA SALUD

EQUILIBRIO QUÍMICO

"La ciencia tiene grandes momentos de

inspiración, pero también requiere trabajo duro y

perseverancia. (Marie Curie)".

REACCIONES REVERSIBLES

Una reacción reversible es una reacción química en la

que los reactivos forman productos que, a su vez,

pueden reaccionar para formar de nuevo los reactivos.

Se puede considerar que una reacción

reversible está formada por dos

reacciones distintas:

• Reacción directa o hacia delante:

cuando los reactivos

reaccionan para hacer los productos.

• Reacción inversa o reacción hacia

atrás: cuando los productos

reaccionan para hacer los reactivos.

Sea la reacción química hipotética

El término “Equilibrio Químico "es aplicable únicamente a las

reacciones reversibles, bidireccionales o incompletas.

La velocidad de una reacción química se mide a través de la

cantidad de producto formado en una unidad de tiempo

En el caso de las reacciones reversibles, como tenemos dos

sentido o reacciones opuestas, cada una de ellas tendrá su

velocidad.

Cuando las velocidades, tanto del sentido directo como del

sentido inverso de la reacción se igualan, se dice que la

reacción ha alcanzado el equilibrio químico.

ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS REVERSIBLES

Una reacción química reversible puede ser analizada a

partir de dos tipos de situaciones:

1. En estado de no equilibrio (condiciones iniciales)

2. En estado de equilibrio (condiciones finales)

1. En estado de no equilibrio:

1.1. Cociente de concentraciones:

La palabra cociente significa división, por lo que el conciente de

concentraciones no es más que una división entre las

concentraciones molares de los productos de la reacción directa y

los productos de la reacción inversa cuando no están en equilibrio y

se representa mediante el símbolo Γ (letra griega Gamma

Mayúscula).

Matemáticamente, el cociente de concentraciones se expresa:

donde

r

y

S

corresponden a los coeficientes estequiométricos de los

participantes en la reacción. Para la mayoría de las reacciones

biológicas, estos coeficientes estequiométricos tienen un valor de 1.

Ejemplo A continuación se analiza un sistema en el cual se

realiza la isomerización de las glucosas-fosfato, la cual es

catalizada en ambos sentidos (directo e inverso) por la misma

enzima: fosfoglucoisomerasa

Glucosa - 1 – Fosfato Glucosa – 6 – Fosfato

En un momento determinado de esta reacción y antes de alcanzar

el equilibrio, se encuentra que las concentraciones molares de

productos y reaccionantes son:

[Glucosa - 1 - Fosfato]= 0,

[Glucosa - 6 - Fosfato]= 0,

Ejemplo Sea la reacción:

N

2

+ 3 H

2

2 NH

3

Si la concentración de cada componente es 2 M, el cociente de

concentraciones sería:

[NH

3

]

[N

2

] [H

2

]

2

3

Ojo: el resultado da colocando todos los datos correspondientes en la

calculadora

Γ = 0,25, es decir Γ ≠ 1 por lo que no existen

condiciones de igual oportunidad.

Ejemplo Calcular el valor de Γ para la reacción:

Fructosa1,6-difosfato Gliceraldehído– 3 - Fosfato+Dihidroxiacetona-fosfato

[Fructosa 1 , 6 - difosfato] = 6 x 10

• 6

[Gliceraldehído– 3 - Fosfato] = 2 x 10

• 2

[Dihidroxiacetona - fosfato] = 3 x 10

• 4

[PRD]

r

[PRI]

S

(PRD) = Productos de la reacción directa

(PRI) = Productos de la reacción inversa

r

y

S

corresponden a los coeficientes estequiométricos de los

participantes en la reacción

[Gliceraldehído– 3 - Fosfato] [Dihidroxiacetona-fosfato]

[Fructosa1,6-difosfato]

[2x

• 2

] [3x

• 4

]

[6x

• 6

]

Γ= 1. En este caso, el cociente de concentraciones es igual a uno,

por lo tanto si hay condiciones de igual oportunidad.

[Productos de la reacción directa]

r

eq

[Productos de la reacción indirecta]

S

eq

Keq

donde las concentraciones

molares de los productos de la

reacción directa y las

concentraciones molares de los

productos de la reacción inversa

son las correspondientes al

estado de equilibrio y

permanecen constantes.

De este hecho es fácilmente deducible que la constante de equilibrio

(Keq) para una reacción química determinada tiene un valor fijo en

determinadas condiciones de temperatura y presión y es

independiente de las concentraciones molares a las cuales se haya

iniciado la reacción

Ejemplo: Se realizan tres experimentos para la isomerización de

las glucosas-fosfato:

Glucosa – 1 – Fosfato Glucosa – 6 – Fosfato

Las concentraciones molares para cada experimento son:

Si calculamos la constante de equilibrio para los tres experimentos:

Keq

Keq

Keq

[Glucosa – 6 - P] eq

[Glucosa – 1 – P] eq

[Glucosa – 6 - P] eq

[Glucosa – 1 – P] eq

[Glucosa – 6 - P] eq

[Glucosa – 1 – P] eq

Así podemos concluir que no importan las concentraciones molares con

que se inicie la reacción, el equilibrio siempre se alcanza y el valor de

Keq es constante para una determinada reacción química.

2.2 Espontaneidad de las reacciones reversibles:

En una reacción reversible, el sentido espontáneo es aquel que

se realiza más fácilmente y el sentido no espontáneo es aquel

que se realiza con menor facilidad.

La constante de equilibrio permite saber cual sentido de la

reacción reversible se realiza espontáneamente.

Cuando la constante de equilibrio es mayor a uno (Keq > 1), el

sentido directo de la reacción ocurre espontáneamente, ya que

las concentraciones molares de los productos de la reacción

directa en el equilibrio son mayores que las concentraciones

molares de los productos de la reacción inversa

Cuando el valor de Keq<1 el sentido inverso de la reacción

reversible ocurre de manera espontánea, ya que las

concentraciones molares del producto de la reacción inversa es

mayor que el producto de la reacción directa.

2.3 Constante de equilibrio biológicas

La mayoría de las reacciones química que

se realizan en los sistemas biológicos

ocurren en medios acuosos y, en general,

la concentración del agua permanece

constante.

La concentración molar del agua se calcula aplicando el siguiente

razonamiento:

La densidad del agua es = 1 gr/ mL.

como densidad:

(d) = masa (g)

volumen (ml)

ello significa que 1 litro de agua pesa 1000 gramos.

El peso molecular del agua es 18 g /mol.

Si deseamos saber la cantidad de moles presentes en un litro de agua,

es decir, la concentración molar del agua, se plantea la siguiente regla

de tres.

Lo planteado se puede visualizar a través de la reacción de

hidrólisis del ATP

ATP + H

2

O ADP + Pi + H

Keq =

[ADP] eq [Pi] eq [H

] eq

[ATP] eq [H

2

O] eq

[ADP] eq [Pi] eq 10

• 7

[ATP] eq 55,

55,56 x Keq

[ADP] eq [Pi] eq

[ATP] eq

Keq’

CONSTANTE

Todos los elementos situados a la izquierda de esta ecuación

matemática son constantes por lo que se sustituyen por un valor

único, que es una constante de equilibrio modificada o constante

de equilibrio biológica (Keq’).

CONSIDERACIONES GENERALES:

1 .- Si bajo la condiciones iniciales de

reacción el valor de Γ (gamma) es

diferente al valor de la constante de

equilibrio, (Γ ≠ Keq) la reacción NO está

en equilibrio.

Al analizar los sistemas reversibles desde el punto de vista de

equilibrio químico, es fundamental tomar en cuenta lo siguiente:

2. Toda reacción reversible tiende a alcanzar el

equilibrio. Para alcanzar el equilibrio se realiza

UNO de los dos sentidos posibles de la

reacción, dicho sentido se realiza hasta que el

cambio de las concentraciones de reaccionantes

y productos haga que Γ se iguale al valor de

Keq.