La eliminación de los iones , por adición de HCl(aq) (Bohning, 1960), produce la disolución del precipitado de BaCrO4(s).

b) Reacciones redox.

Ghirardi et al. (2014, 2015) desarrollan técnicas de detección de los iones Fe2+(aq), Ag+(aq) y Fe3+(aq) en el estudio de la reacción incompleta que corresponde al siguiente equilibrio:

Fe2+(aq) + Ag+(aq) ⇋ Fe3+(aq) + Ag(s)

[3 FeSO4(aq) + 3 AgNO3(aq) ⇋ Fe(NO3)3(aq) + Fe2(SO4)3(aq)+ 3 Ag(s)]

Investigando reacciones reversibles

Cambio de concentración por cambio de la cantidad de sustancia

El concepto de ‘reversibilidad’ –algunos autores (Arnaud, 1993) prefieren utilizar el término ‘inversibilidad’ para no generar confusión con el concepto termodinámico de proceso reversible- se puede investigar realizando cambios de concentración de los ‘reactivos’ y de los ‘productos’ en cada uno de los dos equilibrios químicos representados por las siguientes ecuaciones (Quílez, 2004a, 2009):

1)

En este equilibrio (Bohning, 1960; RSC, 2025) se puede invertir el sentido de la reacción con cambios ligeros de pH, en los que se pueden observar variaciones graduales de color: rojo → naranja → amarillo (y a la inversa).

2) [Co(H2O)6 ]2+(aq) + 4 Cl-(aq) ⇋ [CoCl4 ]2-(aq) + 6 H2O(ℓ)

En el estudio de este proceso reversible, se empieza a partir de una disolución de CoCl2·6H2O en isopropanol. La ‘inversión’ del proceso se sigue fácilmente por los cambios de color (Martins y da Costa, 1986; van Driel et al., 1999; Ghirardi et al., 2014; Kajornklin et al., 2020) producidos por la variación de las concentraciones de las especies químicas presentes. En el cuadro 2 se ejemplifica el proceso de trabajo en el laboratorio (Quílez et al., 2009).

3) Un proceso reversible muy semejante al que participa el ion cobalto(II) es el que corresponde a la siguiente ecuación (Burke, 1977):

Cu2+(aq) + 4 Br-(aq) ⇋ [CuBr4]2-(azul) (verde)

[CuSO4(aq) + 4 KBr(aq) ⇋ K2[CuBr4](aq) + K2SO4(aq)]

Los sentidos opuestos de reacción ocasionados por la adición alternativa de KBr(aq) y de Na2SO4(aq), se ponen de manifiesto mediante los correspondientes cambios de color.

Investigación del proceso: [Co(H2O)6]2+(aq) + 4 Cl–(aq) ⇋ [CoCl4]2–(aq) + 6 H2O(ℓ) (rosa) (azul) [Previamente, se ha disuelto 1 g de CoCl2·٦H2O en 100 mL de isopropanol, obteniéndose una disolución de color azul. Esta disolución se divide en dos partes; a la primera se le añaden 5 mL de agua, obteniéndose una disolución de color rosa (disolución-1); la segunda no se modifica y se nombra como disolución-2)].

a) Disolución-1 Toma 4 mL de la disolución-1 (rosa) y añade 1,5 mL de una disolución saturada en isopropanol de BaCl2 anhidro (que aporta iones Cl-). Anota el cambio de color e intenta explicarlo. Añade agua, gota a gota, a la disolución obtenida en el apartado anterior, anotando el cambio de color finalmente producido e intenta explicarlo.

b) Disolución-2 Ahora toma 4 mL de la disolución-2 (azul) y añade agua, gota a gota. Anota el cambio de color e intenta explicarlo. Finalmente, añade 1,5 mL de una disolución saturada en isopropanol de BaCl2 anhidro (que aporta iones Cl-). Anota el cambio de color e intenta explicarlo.

Por último, intenta razonar si es conveniente utilizar el símbolo → para a escribir las ecuaciones químicas de estas reacciones o si resulta más apropiado la doble semiflecha, ⇋.

Cuadro 2. ¿Se producen las reacciones químicas únicamente en un sentido? Investigando reacciones reversibles.

Cambio de temperatura

La reversibilidad de una reacción de equilibrio químico también puede ilustrarse mediante una modificación de la temperatura. Los equilibrios anteriores: a) del ion de cobalto(II) (van Driel et al., 1999; Kajornklin et al., 2020; Nguyen y Birdwhistell, 2014) y b) del ion cobre(II) (Burke, 1977) son buenos ejemplos para el estudio de este cambio.

Otro proceso que suele estar ejemplificado en muchos libros de texto es el equilibrio representado por la ecuación:

En este caso, los cambios de color, por calentamiento o enfriamiento de la mezcla gaseosa, también permiten ejemplificar la reversibilidad de los procesos de equilibrio químico.

Cambio de presión/volumen

El sentido de reacción del equilibrio químico representado por la ecuación anterior también puede invertirse por la modificación del volumen del sistema. Sin embargo, en este caso, se debe proceder con cuidado en la explicación de los cambios de color producidos. Particularmente, se deben evitar las argumentaciones incorrectas referidas a los cambios paralelos producidos en las concentraciones y en las cantidades de sustancia de ambos gases, que suelen estar presentes en muchos libros de texto (Quílez, 2004b, 2021), así como en la resolución de pruebas oficiales de química (Zubiaurre y Arsuaga, 2013) y que incluso muestran algunos autores en artículos de investigación educativa (Aydeniz y Dogan, 2016; Peris, 2022).

Introducción de un modelo explicativo. Simulaciones

Siguiendo un paralelismo histórico (Quílez, 2019), una vez trabajados los conceptos de ‘reversibilidad’ y de ‘reacción incompleta’, surge una tercera idea clave: el ‘carácter dinámico’ de los sistemas en equilibrio químico, que permite explicar la constancia de las concentraciones de ‘reactivos’ y de ‘productos’ en la posición de equilibrio.

Si bien una revisión completa de este tercer aspecto, análoga a la realizada previamente, queda fuera del alcance de este trabajo, sí que conviene realizar una breve referencia acerca de cómo ayudar al alumnado a intentar establecer un modelo explicativo de los sistemas en equilibrio químico (Pekmez, 2010; de Berg, 2021). Con ello se pretende que los estudiantes puedan superar las primeras nociones que consideran que se trata de una situación estática (van Driel, 2002), así como ideas erróneas que conceptualizan el estado de equilibrio químico como: a) una especie de movimiento pendular de la reacción directa y de la inversa (la reacción directa cesa cuando se ha completado, con lo que empieza la reacción inversa) (Bergquist y Heikkinen, 1990); b) un proceso en el que la rapidez de la reacción directa es mayor que la de la inversa (Özmen, 2008).

Por todo lo anterior, la introducción cinética con la que tradicionalmente se ha iniciado el tema de equilibrio químico en muchos libros de texto (en la que se deduce la expresión de la constante de equilibrio por igualación de las supuestas ecuaciones de velocidad de la reacción directa y de la inversa, basadas en la estequiometría del proceso), no sólo es cuestionable desde el punto de vista epistemológico (Quílez, 2019), sino que también resulta objetable desde la perspectiva didáctica, ya que no parece tener presente las ideas iniciales del alumnado (Quílez, 2009). En concreto, mediante esta presentación, los estudiantes reciben la respuesta antes de tener la oportunidad de confrontar el problema, lo que puede ser percibido como un principio ontológico, que no estaría exento de una cierta arbitrariedad (Otero, 1985).

Normalmente, cuando se llega al estudio del equilibrio químico, los estudiantes han construido ya un modelo cinético explicativo de las reacciones químicas. El modelo de las colisiones es un modelo sencillo que pueden utilizar para la explicación de los factores de los que depende la rapidez de una reacción química. En consecuencia, el siguiente paso en el estudio que se está realizando implica usar este modelo para interpretar por qué las concentraciones de reactivos y de productos permanecen constantes en la posición de equilibrio químico.

Se han propuesto distintas analogías y simulaciones para facilitar la compresión del carácter dinámico de los sistemas en equilibrio químico (Rusell et al., 1997; Stieff y Wilenski, 2003; Velázquez-Marcano et al., 2004; Cloonan et al., 2011). En este punto es necesario tener en cuenta los peligros asociados a este tipo de ayudas para el alumnado, ya que se pueden generar e incluso reforzar errores conceptuales (Raviolo y Garritz, 2009; Pekmez, 2010).

Dentro del apartado de las simulaciones, existen varias propuestas similares de ‘juegos del equilibrio’ (Ncube y Huddle, 1994a,b; Wilson, 1998; Harrison y Buckley, 2000; Huddle et al., 2000; Bindel, 2012), cuya ejecución resulta particularmente sencilla e instructiva, ya que comporta la realización de tablas y gráficas que facilitan una adecuada interpretación del estado de equilibrio químico por igualación de las velocidades de reacción directa e inversa.

Comentarios finales

En la tarea del profesorado de ayudar a su alumnado en la construcción del conocimiento científico, un prerrequisito básico es su conocimiento pedagógico (didáctico) de los contenidos a enseñar (van Driel, Verloop y de Vos, 1998). En su entendimiento de los obstáculos cognitivos que los estudiantes deben superar, un análisis histórico puede ser de mucha utilidad (Quílez, 2002, 2009, 2019).

Esta circunstancia queda ejemplificada en la dificultad de entendimiento que presenta el estudio del equilibrio químico. Las ideas iniciales de los estudiantes en la construcción de este concepto guardan un paralelismo con las barreras conceptuales que históricamente tuvieron que superarse.

En este trabajo se han revisado diferentes actividades prácticas diseñadas para que el alumnado de química pueda poner en cuestión sus ideas previas en torno a las reacciones químicas, de forma que le posibilite reformularlas como introducción al estudio de los procesos de equilibrio químico. En concreto, se han trabajado ejemplos de reacciones químicas que facilitan el desarrollo de dos ideas clave: reacción incompleta y reversibilidad. Una vez se han puesto de manifiesto de forma empírica estas propiedades, conviene explicar los procesos estudiados con la ayuda de la expresión de la correspondiente constante de equilibrio (Quílez, 2008).

Por último, la interpretación dinámica molecular, que explica la constancia de las concentraciones en la situación de equilibrio químico, se presenta como una etapa de modelización subsiguiente (Quílez et al., 2009) que permite comprender que en el estado de equilibrio la rapidez de la reacción directa y la de la inversa son idénticas.

Finalmente, se debe resaltar que en el tratamiento de las disoluciones que se refieren en este estudio, resulta esencial trabajar a pequeña escala (el empleo de un retroproyector puede ser de ayuda en este sentido) (Summerlin y Early, 1985) o incluso a microescala (Kajornklin et al., 2020), sin superar los valores bajos de concentración indicados en los correspondientes trabajos. En cualquier caso, para la manipulación de los distintos reactivos, así como de los distintos productos de desecho, se deben seguir las especificaciones contenidas en cada uno de los trabajos referidos (DeMeo, 2002; Ghirardi et al., 2014; Kajornklin et al., 2020; RSC, 2025), las indicaciones establecidas en algunos manuales (Pohanish, 2017), los criterios establecidos por universidades (Ramírez et al., 2017), así como la normativa particular para la gestión de los laboratorios escolares (INVASSAT, 2023).

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Recepción: 2025-04-30. ▪ Aceptación: 2025-09-26.

Cómo citar:

Quílez, J. (2026, enero-marzo). Introducción del equilibrio químico en el laboratorio: reacciones reversibles e incompletas. Educación Química, 37(1). http://dx.doi.org/10.22201/fq.18708404e.2026.1.91432

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