14.6 equilibrio químico y constantes de velocidad
En esta página se explica lo que se entiende por constante de equilibrio, introduciendo las constantes de equilibrio expresadas en términos de concentraciones, Kc. Supone que está familiarizado con el concepto de equilibrio dinámico y que sabe lo que significan los términos “homogéneo” y “heterogéneo” aplicados a las reacciones químicas.
Si dejas que esta reacción alcance el equilibrio y luego mides las concentraciones de equilibrio de todo, puedes combinar estas concentraciones en una expresión conocida como constante de equilibrio.
La constante de equilibrio siempre tiene el mismo valor (siempre que no se modifique la temperatura), independientemente de las cantidades de A, B, C y D con las que se haya empezado. Tampoco se ve afectada por un cambio en la presión o por el uso o no de un catalizador.
Compara esto con la ecuación química del equilibrio. La convención es que las sustancias del lado derecho de la ecuación se escriben en la parte superior de la expresión Kc, y las del lado izquierdo en la parte inferior.
AP Chemistry – Propiedades de la constante de equilibrio
Dado que un estado de equilibrio se alcanza cuando la velocidad de reacción hacia adelante es igual a la velocidad de reacción hacia atrás, bajo un conjunto dado de condiciones debe haber una relación entre la composición del sistema en el equilibrio y la cinética de una reacción (representada por las constantes de velocidad). Podemos mostrar esta relación utilizando el sistema descrito en la ecuación 15.1, la descomposición de N2O4 en NO2. Tanto la reacción directa como la inversa de este sistema consisten en una única reacción elemental, por lo que las velocidades de reacción son las siguientes:
La relación de las constantes de velocidad nos da una nueva constante, la constante de equilibrio (K)La relación de las constantes de velocidad para la reacción directa y la reacción inversa; es decir, K=kf/kr. También es la constante de equilibrio calculada a partir de las concentraciones de la solución: K=[C]c[D]d/[A]a[B]b para la reacción general aA+bB⇌cC+dD, en la que cada componente está en solución. que se define como sigue:
Por lo tanto, existe una relación fundamental entre la cinética química y el equilibrio químico: bajo un conjunto dado de condiciones, la composición de la mezcla de equilibrio está determinada por las magnitudes de las constantes de velocidad de las reacciones directa e inversa.
Constante de equilibrio químico K – Tablas de hielo – Kp y Kc
A mediados de la década de 1860, los científicos noruegos C. M. Guldberg y P. Waage observaron una relación peculiar entre las cantidades de reactivos y productos en un equilibrio. Independientemente de la cantidad de reactivos con la que se comenzara, se alcanzaba una determinada proporción de reactivos y productos en el equilibrio. Hoy llamamos a esta observación la ley de acción de masas. Relaciona las cantidades de reactivos y productos en el equilibrio de una reacción química. Para una reacción química general que ocurre en una solución
donde [A] es la concentración molar de la especie A en el equilibrio, y así sucesivamente. Los coeficientes a, b, c y d en la ecuación química se convierten en exponentes en la expresión del Keq. El Keq es un valor numérico característico para una reacción dada a una temperatura determinada; es decir, cada reacción química tiene su propio Keq característico. La concentración de cada reactivo y producto en una reacción química en equilibrio está relacionada; las concentraciones no pueden ser valores aleatorios, sino que dependen unas de otras. El numerador de la expresión del Keq tiene las concentraciones de cada producto (por muchos productos que haya), mientras que el denominador de la expresión del Keq tiene las concentraciones de cada reactante, lo que lleva a la definición común de productos sobre reactantes para el Keq.
La constante de equilibrio
La constante de equilibrio de una reacción química es el valor de su cociente de reacción en el equilibrio químico, un estado al que se aproxima un sistema químico dinámico después de que haya transcurrido un tiempo suficiente en el que su composición no tiene ninguna tendencia medible a seguir cambiando. Para un conjunto dado de condiciones de reacción, la constante de equilibrio es independiente de las concentraciones analíticas iniciales de las especies reaccionante y producto en la mezcla. Así, dada la composición inicial de un sistema, se pueden utilizar valores conocidos de la constante de equilibrio para determinar la composición del sistema en equilibrio. Sin embargo, los parámetros de reacción como la temperatura, el disolvente y la fuerza iónica pueden influir en el valor de la constante de equilibrio.
El conocimiento de las constantes de equilibrio es esencial para la comprensión de muchos sistemas químicos, así como de procesos bioquímicos como el transporte de oxígeno por la hemoglobina en la sangre y la homeostasis ácido-base en el cuerpo humano.
El equilibrio químico se define como el valor del cociente de reacción Qt cuando las reacciones directas e inversas se producen a la misma velocidad. En el equilibrio químico, la composición química de la mezcla no cambia con el tiempo y el cambio de energía libre de Gibbs
