Equilibrio químico y constante de equilibrio
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 las constantes de equilibrio e introduce los cálculos relacionados con la constante de equilibrio de concentración y 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 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:
Calculadora de la fórmula Kc
Esto implica que, independientemente de la sustancia con la que empecemos (es decir, A y B o C y D o A+B+C o A+B+D o A+C+D o B+C+D o A+B+C+D) y de la cantidad de éstas que tomemos, la relación de es una cantidad fija a una temperatura determinada cuando la reacción alcanza el equilibrio. Por ejemplo, si suponemos que el K = 10 para este equilibrio, entonces no importa lo que tomemos inicialmente e independientemente de la cantidad que tomemos, una vez establecido el equilibrio la relación de será siempre igual a 10. Esto parece ciertamente sorprendente.
Dado que, esta expresión involucra todos los términos variables, entonces la relación de sería también constante llamada Kc. [Cuando se tiene en cuenta la relación de concentración de reactivos y productos, la constante de equilibrio se llama Kc]
La concentración de C es el número de moles de C por unidad de volumen de solución. La concentración de D es el número de moles de D por unidad de volumen del recipiente (podemos suponer que el volumen de la solución es insignificante en comparación con el volumen del recipiente y, por tanto, el volumen ocupado por el gas es igual al volumen del recipiente). La concentración de A es el número de moles de A por unidad de volumen de sólido, A. La concentración de todos los sólidos y líquidos puros es una constante. Esto es así porque si inicialmente tomamos w gm de A, entonces los moles de A son w/M. El volumen de A es w/d donde d es la densidad de A. Por lo tanto, la concentración inicial de A es . Así, es evidente que en el equilibrio también la concentración de A sigue siendo d/M ( d y M son constantes). De hecho, incluso si A fuera un líquido puro, su concentración habría permanecido constante.
Ecuación Kc con kp
La constante de equilibrio es el valor del cociente de reacción que se calcula a partir de la expresión del equilibrio químico. Depende de la fuerza iónica y de la temperatura y es independiente de las concentraciones de reactivos y productos en una solución.
La constante de equilibrio es una cantidad adimensional (no tiene unidades). Aunque el cálculo se suele hacer para dos reactivos y dos productos, funciona para cualquier número de participantes en la reacción.
Para cualquier temperatura, sólo hay un valor para la constante de equilibrio. Kc sólo cambia si cambia la temperatura a la que se produce la reacción. Puedes hacer algunas predicciones sobre la reacción química basándote en si la constante de equilibrio es grande o pequeña.
Si el valor de la constante de equilibrio es pequeño, entonces el equilibrio favorece la reacción hacia la izquierda, y hay más reactantes que productos. Si el valor de Kc se aproxima a cero, se puede considerar que la reacción no se produce.
Si los valores de la constante de equilibrio para la reacción directa e inversa son casi iguales, entonces la reacción tiene la misma probabilidad de proceder en una dirección que en la otra y las cantidades de reactivos y productos serán casi iguales. Este tipo de reacción se considera reversible.
Equilibrio químico
En esta página se explica qué se entiende por constante de equilibrio, introduciendo las constantes de equilibrio expresadas en términos de concentraciones, Kc. 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.
