Equilibrio químico
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 \ref{15.2.1}, la descomposición de \(N_2O_4\) en \(NO_2\). 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:
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.
La tabla (índice de página 1) enumera las concentraciones iniciales y de equilibrio de cinco experimentos diferentes utilizando el sistema de reacción descrito por la ecuación 15.1. En el equilibrio, la magnitud de la cantidad \ ([NO_2]^2/[N_2O_4]\ ) es esencialmente la misma para los cinco experimentos. De hecho, no importa cuáles sean las concentraciones iniciales de \(NO_2) y \(N_2O_4), en el equilibrio la cantidad \([NO_2]^2/[N_2O_4]\) siempre será \(6,53 \pm 0,03 \times 10^{-3}) a 25°C, que corresponde a la relación de las constantes de velocidad para las reacciones directa e inversa. Es decir, a una temperatura determinada, la constante de equilibrio de una reacción tiene siempre el mismo valor, aunque las concentraciones específicas de los reactivos y los productos varíen en función de sus concentraciones iniciales.
¿Cuál es la constante de velocidad para la reacción inversa a la misma temperatura
La constante de equilibrio, K, expresa la relación entre los productos y los reactivos de una reacción en equilibrio con respecto a una unidad específica.Este artículo explica cómo escribir las expresiones de la constante de equilibrio, e introduce los cálculos involucrados tanto con la concentración como con la constante de equilibrio de presión parcial.
Una reacción homogénea es aquella en la que los estados de la materia de los productos y las reacciones son todos iguales (la palabra “homo” significa “igual”). En la mayoría de los casos, el disolvente determina el estado de la materia de la reacción global. Por ejemplo, la síntesis de metanol a partir de una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno es una mezcla homogénea gaseosa, que contiene dos o más sustancias:
En el equilibrio, la velocidad de la reacción directa e inversa son iguales, lo que se demuestra con las flechas. Sin embargo, la constante de equilibrio da la relación entre las unidades (presión o concentración) de los productos y los reactivos cuando la reacción está en equilibrio.
Una reacción heterogénea es aquella en la que uno o más estados dentro de la reacción difieren (la palabra griega “heteros” significa “diferente”). Por ejemplo, la formación de una solución acuosa de yoduro de plomo (II) crea una mezcla heterogénea que tiene partículas tanto en estado sólido como acuoso:
Expresiones de la constante de equilibrio
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 de 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.
Dependencia de la presión de la constante de equilibrio
En esta página se explica lo que se entiende por constante de equilibrio, introduciendo las constantes de equilibrio expresadas en términos de concentraciones, Kc. Se supone que estás familiarizado con el concepto de equilibrio dinámico y que sabes 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.
