Equilibrio Químico

Concepto de Equilibrio Químico

El equilibrio químico es un estado dinámico alcanzado en una reacción reversible cuando las velocidades de las reacciones directa e inversa se igualan, resultando en concentraciones constantes de reactivos y productos. Aunque macroscópicamente el sistema parece estático, a nivel molecular, las reacciones continúan ocurriendo sin cesar. Este equilibrio no implica que las cantidades de reactivos y productos sean iguales, sino que sus concentraciones no varían con el tiempo.

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

La ley de acción de masas establece que, para una reacción en equilibrio y a una temperatura dada, el producto de las concentraciones de los productos elevadas a sus coeficientes estequiométricos, dividido por el producto de las concentraciones de los reactivos elevadas a sus coeficientes, es constante. Esta relación se conoce como la constante de equilibrio (Kc). Kc es específica para cada reacción y solo cambia con la temperatura. No incluye las concentraciones de sólidos puros ni de líquidos puros, ya que estas fases tienen concentraciones definidas que no afectan el equilibrio.

Constante de Equilibrio en Términos de Presiones Parciales (Kp)

Para reacciones que involucran gases, se utiliza la constante de equilibrio en términos de presiones parciales (Kp), que se calcula usando las presiones parciales de los gases en lugar de sus concentraciones. La relación entre Kp y Kc depende del cambio en el número de moles de gases y de la temperatura, y se puede deducir a partir de la ley de los gases ideales. Kp, al igual que Kc, varía únicamente con la temperatura y proporciona información equivalente sobre la posición del equilibrio.

Magnitud de las Constantes de Equilibrio y Grado de Disociación

La magnitud de Kc o Kp indica la extensión de una reacción química en equilibrio. Un valor elevado de la constante de equilibrio sugiere que, en el equilibrio, predominan los productos, mientras que un valor bajo indica una mayor concentración de reactivos. El grado de disociación (α) es la fracción de un reactivo que se ha convertido en productos y está relacionado con la constante de equilibrio. Conociendo α y la constante de equilibrio, se puede predecir la posición del equilibrio y la composición del sistema.

Cociente de Reacción (Q) y Desplazamiento del Equilibrio

El cociente de reacción (Q) es una medida de las concentraciones o presiones parciales de reactivos y productos en un momento dado, no necesariamente en equilibrio. Comparando Q con la constante de equilibrio (Kc o Kp), se puede predecir la dirección en la que el sistema se desplazará para alcanzar el equilibrio. Si Q < Kc, el sistema tenderá a formar más productos; si Q > Kc, el sistema se desplazará hacia la formación de más reactivos. Este análisis permite anticipar los cambios en la composición del sistema ante perturbaciones.

Principio de Le Chatelier y Modificaciones del Equilibrio

El principio de Le Chatelier predice que un sistema en equilibrio se ajustará para contrarrestar cualquier cambio impuesto en las condiciones, como variaciones en concentración, presión o temperatura. Aumentar la concentración de un reactivo favorece la formación de productos, mientras que un incremento en la presión total favorece la dirección que produce menos moles de gas. En cuanto a la temperatura, un aumento favorece la reacción endotérmica y un descenso la exotérmica. Estos ajustes reflejan la tendencia del sistema a minimizar la perturbación y restablecer un nuevo equilibrio.