Fundamentos del Equilibrio Químico: Conceptos y Ley de Acción de Masas

El Equilibrio Químico: Dinámico y de Composición Estable

Inicialmente, la velocidad con que ocurre la reacción directa es muy grande porque hay muchos reactivos, y a medida que transcurre la reacción, esta va disminuyendo. Por el contrario, la velocidad de la reacción inversa inicialmente es cero y va aumentando a medida que aumentan los productos. En un instante dado, la velocidad de la reacción directa e inversa se igualan (vD = vI); se dice que el equilibrio es dinámico.

Una vez que la reacción ha llegado a este estado de equilibrio, no se observan más cambios en las concentraciones de reactivos y de productos. Se podría llegar a pensar que el proceso ha cesado completamente, lo cual no es cierto: en las moléculas existe gran movimiento, pero como lo hacen con la misma velocidad en ambas direcciones, las concentraciones de reactivos y productos en el equilibrio se mantienen constantes. Por esto se dice que el equilibrio es de composición estable.

Por lo tanto, el equilibrio químico posee dos características clave: es dinámico y de composición estable.

La Ley de Acción de Masas y la Constante de Equilibrio (Kc)

Dada la reacción reversible: aA + bB ⇌ cC + dD, se cumple que en el equilibrio:

Keq = Kc = ([C]^c * [D]^d) / ([A]^a * [B]^b) a una dada temperatura T.

Definición de la Ley del Equilibrio Químico

Esta es la Ley de Acción de Masas o Ley del Equilibrio Químico:

En un proceso, el producto de las concentraciones en el equilibrio de todos los productos elevados a sus respectivos coeficientes estequiométricos, dividido por el producto de las concentraciones en el equilibrio de todos los reactivos elevados a sus respectivos coeficientes estequiométricos, es una constante para cada temperatura, llamada constante de equilibrio.

Consideraciones sobre el Valor de Kc

El valor de la Kc define, a esa temperatura, la composición final de la mezcla en el equilibrio, cualquiera sea la cantidad de reactivos y productos que se encuentren inicialmente presentes. Además, en la expresión de la Kc no intervienen los sólidos ni los líquidos puros, debido a que la concentración de los mismos prácticamente no se modifica durante la reacción y, por lo tanto, su valor, al ser fijo a esa temperatura, queda incluido en el valor de la constante. Por ejemplo, si C es una sustancia sólida, la concentración de C es:

[C] = moles de C / volumen de C = (masa de C / Mr de C) / (masa de C / densidad de C) = densidad de C / Mr de C = valor fijo

Solamente intervienen las soluciones y las sustancias en estado gaseoso, expresando la concentración de las mismas en molaridad.

Tipos de Equilibrio Químico

• Si todos los reactivos y productos están en una sola fase, el equilibrio es homogéneo.
• Si uno o más reactivos o productos están en una fase diferente, el equilibrio es heterogéneo.

Interpretación del Valor de Kc

Esta constante Kc mide la tendencia que tienen los reactivos para dar productos.

• Si Kc >> 1, indica que en el equilibrio hay mucha mayor concentración de productos que de reactivos ([R] < [P]). La reacción reversible tiende a los productos. (Representado por una flecha grande hacia P y una flecha pequeña hacia R).
• Si Kc = 1, hay cantidades apreciables de reactivos y productos en el equilibrio ([R] = [P]). La reacción reversible no tiende a ningún lugar (se mantiene en equilibrio). (Representado por flechas de mismo tamaño).
• Si Kc < 1, indica que en el equilibrio hay mucha mayor concentración de reactivos que de productos ([R] >> [P]). La reacción reversible tiende a los reactivos. (Representado por una flecha pequeña hacia P y una flecha grande hacia R).

El Cociente de Reacción (Qc)

Para una determinada reacción aA + bB ⇌ cC + dD, se puede calcular el cociente de reacción Qc:

Qc = ([C]^c * [D]^d) / ([A]^a * [B]^b), donde las concentraciones son las concentraciones en cualquier instante de la reacción.