Equilibrio – Sesión 2

Imagínate que estás parado junto a un lago en un día soleado. Se podían ver burbujas subiendo desde las profundidades del agua. ¿Alguna vez te has preguntado qué son estas burbujas y por qué se forman? En realidad, el gas está disuelto en agua. Las burbujas se forman porque el sistema intenta establecer el equilibrio entre las fases gas-gas disuelto. Pero ¿qué es el equilibrio entre fases gas-gas disuelto? Entendamos este concepto.

Cuando un gas entra en proximidad con un líquido, se producen interacciones entre las moléculas del gas y las moléculas del líquido. Las moléculas de gas tienen energía cinética y se mueven aleatoriamente. Chocan con la superficie del líquido. Debido a estas colisiones, algunas moléculas de gas son capturadas por las fuerzas de atracción de las moléculas del líquido. Como resultado, las moléculas de gas se incorporan a la fase líquida. Este proceso se conoce como disolución de gas.

El proceso de disolución de un gas en un líquido es dinámico. Cuando el líquido y el gas se acercan por primera vez, más moléculas de gas se disolverán en el líquido. Esto se debe a que la concentración de moléculas de gas en la fase gaseosa es mayor. A medida que el gas se disuelve en el líquido, la concentración de moléculas de gas en el líquido aumenta. Cuando la concentración de gas en el líquido aumenta, algunas de las moléculas de gas disueltas también vuelven a escapar a la fase gaseosa. Este proceso se conoce como evaporación.

A nivel molecular, las moléculas de gas continúan disolviéndose en el líquido. Al mismo tiempo, un número igual de moléculas de gas continúan escapando del líquido a la fase gaseosa. Sin embargo, no hay ningún cambio general en las concentraciones del gas en ninguna de las fases. Esto se debe a que la velocidad de disolución de las moléculas de gas se vuelve igual a la velocidad de escape de las moléculas de gas. Como resultado se establece un equilibrio dinámico entre las moléculas de gas disuelto y las moléculas de la fase gaseosa. Esto también se llama equilibrio de fase gas-gas disuelto.

¿Alguna vez has observado el equilibrio entre el gas disuelto y la fase gaseosa en la vida real? Bueno, es posible que lo hayas experimentado al abrir una botella de refresco. Al abrir la botella de refresco se oye el sonido del gas escapando de la botella. Esto indica que el gas está disuelto en las botellas de refresco. Entendamos cómo se establece el equilibrio entre el gas disuelto y la fase gaseosa en una botella de refresco.

En una botella de refresco sellada, hay gas de dióxido de carbono disuelto en el líquido. Durante el proceso de fabricación, la soda sufre un proceso de carbonatación. Carbonatación significa que se infunde con gas dióxido de carbono bajo presión. Este proceso da como resultado una mayor concentración del gas de dióxido de carbono en la fase gaseosa, por encima del líquido.

La presión de la carbonatación hace que el gas de dióxido de carbono se disuelva en el líquido. Algunas de las moléculas de dióxido de carbono disueltas también escapan a la fase gaseosa por encima del líquido. En un punto determinado, la velocidad de disolución de las moléculas de dióxido de carbono y la velocidad de escape de las moléculas de dióxido de carbono se vuelven iguales. Este es el estado de equilibrio dinámico.

Al abrir la botella de refresco, la presión dentro de la botella disminuye rápidamente. Esto se debe a la liberación de gas de dióxido de carbono a la parte superior de la botella. Como resultado, la concentración de gas de dióxido de carbono en la fase gaseosa por encima del líquido disminuye. El equilibrio también se altera. El sistema intenta restablecer el equilibrio. El gas de dióxido de carbono del líquido escapa a la fase gaseosa. Algunas moléculas de dióxido de carbono de la parte superior de la botella se disuelven nuevamente en el líquido. Este proceso provoca efervescencia y burbujeo. Como resultado se restablece nuevamente el equilibrio.

Los líquidos inmiscibles son las sustancias que no se mezclan ni se disuelven entre sí. Cuando se combinan dos líquidos inmiscibles, forman capas separadas con un límite definido entre ellas. El aceite y el agua son ejemplos de líquidos inmiscibles. Cuando mezclamos el aceite y el agua, forman capas separadas. Una capa es de aceite y la otra capa es de agua.

Consideremos un sistema que contiene dos líquidos inmiscibles y un soluto. Estos líquidos inmiscibles son tetracloruro de carbono y agua. El soluto es el yodo. Cuando mezclamos estos dos líquidos inmiscibles, forman capas separadas.

Después añadimos el yodo. Inicialmente, el yodo se disolverá en la capa de tetracloruro de carbono. Esto se debe a que tanto el tetracloruro de carbono como el yodo no son polares. Es por eso que el yodo es mayoritariamente soluble en el tetracloruro de carbono. A medida que aumenta la concentración de yodo en la capa de tetracloruro de carbono, algunas de las moléculas de yodo comenzarán a moverse hacia la capa de agua. Esto sucede sólo cuando la concentración de las moléculas de yodo es muy alta en la capa de tetracloruro de carbono.

En altas concentraciones de yodo, solo una pequeña cantidad de moléculas de yodo se disolverán en agua. Esto se debe a que el yodo es poco soluble en agua. Algunas de las moléculas de yodo se moverán de la capa aqueous a la capa de tetracloruro de carbono. Algunos se moverán de la capa de tetracloruro de carbono a la capa aqueous. En este punto se establece el equilibrio dinámico. Este equilibrio se llama específicamente equilibrio de solutos líquidos inmiscibles.

El equilibrio iónico se refiere a una situación en la que los iones en una solución están en un equilibrio dinámico entre la disociación y la recombinación. Cuando un compuesto se disuelve en agua, puede descomponerse en sus iones constituyentes. Esta ruptura del compuesto en sus iones constituyentes se llama disociación. Por ejemplo, cuando el cloruro de hidrógeno se disuelve en el agua, sufre disociación. Se disocia en iones de hidrógeno e iones de cloruro.

A medida que continúa la disociación, algunos de los iones disueltos pueden recombinarse para formar el compuesto original. Este proceso se llama recombinación. Los iones de hidrógeno disociados y los iones de cloruro pueden recombinarse para formar cloruro de hidrógeno.

Todo el proceso puede representarse como una reacción reversible. En esta reacción, la disociación y la recombinación tienen lugar simultáneamente. El equilibrio iónico se establece cuando la tasa de disociación del cloruro de hidrógeno se vuelve igual a la tasa de recombinación de los iones de hidrógeno y los iones de cloruro. El equilibrio iónico es esencial para comprender el comportamiento de las soluciones que contienen iones.