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

Equilibrio Químico

Cuando las sustancias A y B reaccionan para formar C y D, la velocidad de la reacción disminuye a medida que las concentraciones de A y B decrecen. Al formarse mayor cantidad de C y D, estos productos reaccionan a su vez para formar A y B.

A medida que aumenta la concentración de C y D, la velocidad de producción de A y B también aumenta, hasta que las velocidades de ambas reacciones (directa e inversa) se igualan. En ese punto, el sistema alcanza el equilibrio químico.

El equilibrio químico ocurre cuando dos reacciones químicas opuestas se efectúan a la misma velocidad.

Cinética de las reacciones

• Reacción directa: aA + bB → cC + dD     Velocidad = K_d [A]^a [B]^b
• Reacción inversa: cC + dD → aA + bB     Velocidad = K_i [C]^c [D]^d

Donde K_d y K_i son las constantes de velocidad de las reacciones directa e inversa, respectivamente.

Constante de equilibrio (K_eq): K_d / K_i = [C]^c [D]^d / [A]^a [B]^b

Ley de Acción de Masas y Constante de Equilibrio

Esta ley expresa la relación entre las concentraciones (expresadas como presiones parciales en el caso de los gases y como concentración molar en el de las disoluciones) de los reactivos y productos presentes en el equilibrio en cualquier reacción química.

Ecuación general: aA + bB ⇌ cC + dD

Donde A, B, C y D son las especies químicas participantes y a, b, c y d son sus coeficientes estequiométricos en la ecuación química balanceada.

Condiciones de equilibrio

• Fase gaseosa: Según la ley de acción de masas, la siguiente ecuación expresa la condición de equilibrio cuando todos los reactivos y productos están en fase gaseosa:
  K_eq(p) = (P_c)^c (P_d)^d / (P_a)^a (P_b)^b
• En disolución: Cuando todos los reactivos y productos están en disolución, la condición de equilibrio se expresa mediante una ecuación del mismo tipo, utilizando la concentración molar:
  K_eq(c) = [C]^c [D]^d / [A]^a [B]^b

Propiedades de la constante de equilibrio

Esta relación se conoce como la expresión de la constante de equilibrio de la reacción. La constante K_eq es el valor numérico que se obtiene al sustituir presiones parciales o concentraciones molares reales de equilibrio en la expresión correspondiente:

• Es un valor característico de cada equilibrio.
• Solo cambia con la temperatura.
• Es un valor independiente de las cantidades iniciales de reactivos y productos.