Equilibrio termodinámico
Por otro lado, sin embargo, la reacción hacia atrás implica un aumento de la entropía (el número de partículas aumenta, se duplica en el ejemplo, y por tanto, la cantidad de caos aumenta al reaccionar de derecha a izquierda.
En el cilindro de reacción (bajo el pistón) hay un equilibrio químico entre los dos sólidos (heterogéneos en el fondo) y el gas (homogéneo en el cuarto). La única sustancia con una concentración o presión es aquí el gas Dióxido de Carbono.
La otra situación homogénea se da en el caso de un equilibrio gaseoso. No hablamos exactamente de concentraciones, sino más bien de la presión (parcial) de cada gas participante. Cada componente gaseoso de un gas contribuye a la presión.
Si no pueden liberarse todos, porque la red es demasiado fuerte, entonces al final se llega a una situación de equilibrio, donde los iones libres están en equilibrio dinámico con la red. Se escapan, pero en cuanto los iones positivos y negativos se encuentran, se unen a la red.
Imagina que disuelves una pequeña porción de una sal poco soluble. Primero habrá un producto iónico creciente, pero pronto se alcanzará el valor máximo del Ip: entonces el producto iónico es igual al producto de solubilidad.
Ejemplos de reacciones de equilibrio
Imagina que estás varado en un bote de remos en medio del océano. De repente, la embarcación hace una pequeña fuga y tienes que achicar agua. Coges un cubo y empiezas a achicar agua. Al cabo de unos minutos, tus esfuerzos contra la fuga mantienen el agua a sólo media pulgada, pero cualquier otro achique no cambia el nivel del agua; la fuga trae tanta agua como la que sacas.
Las reacciones químicas también son así. La mayoría de ellas llegan a un equilibrio. La posición real del equilibrio -si favorece a los reactivos o a los productos- es característica de una reacción química; es difícil de ver simplemente mirando la ecuación química equilibrada. Pero la química tiene herramientas para ayudarte a entender el equilibrio de las reacciones químicas -el foco de nuestro estudio en este capítulo-.
Hasta ahora en este texto, cuando presentamos una reacción química, hemos asumido implícitamente que la reacción se completa. De hecho, nuestros cálculos estequiométricos se basaron en esto; cuando preguntamos qué cantidad de producto se produce cuando reacciona tal cantidad de reactivo, estamos asumiendo que todo el reactivo reacciona. Sin embargo, esto no suele ser así; muchas reacciones no llegan a completarse, y muchos químicos tienen que enfrentarse a ello. En este capítulo estudiaremos este fenómeno y veremos cómo podemos influir en el alcance de las reacciones químicas.
Constante de reacción
Cuando una reacción química tiene lugar en un sistema cerrado que impide la entrada o la salida de cualquiera de los componentes que intervienen en la reacción, las cantidades de estas sustancias químicas cambian a medida que unas se consumen y otras se forman.
Con el tiempo, este cambio se detendrá, tras lo cual la composición de la reacción permanecerá inalterada mientras no se perturbe el sistema. Se dice entonces que el sistema está en su estado de equilibrio, o más sencillamente, “en equilibrio”. Una reacción química está en equilibrio cuando no hay tendencia a cambiar las cantidades de reactivos y productos.
Representan el mismo sistema de reacción química en el que los papeles de los componentes se invierten, y ambos dan lugar a la misma mezcla de componentes cuando se completa el cambio. Este último punto es fundamental para el concepto de equilibrio químico. Es indiferente con qué reactivos empecemos; una vez que la reacción se haya completado, las cantidades de estos dos componentes serán las mismas. En general, podemos decir que la composición de un sistema de reacción química tenderá a cambiar en una dirección que lo acerque a su composición de equilibrio. Una vez alcanzada esta composición de equilibrio, no se producirán más cambios en las cantidades de los componentes mientras el sistema permanezca inalterado.
Equilibrio dinámico
El equilibrio químico es la condición que se da cuando la concentración de los reactivos y los productos que participan en una reacción química no presentan ningún cambio neto a lo largo del tiempo. El equilibrio químico también puede denominarse “reacción en estado estacionario”. Esto no significa que la reacción química haya dejado necesariamente de producirse, sino que el consumo y la formación de sustancias han alcanzado una condición de equilibrio. Las cantidades de reactivos y productos han alcanzado una proporción constante, pero casi nunca son iguales. Puede haber mucho más producto o mucho más reactante.
La expresión de equilibrio de una reacción química puede expresarse en términos de la concentración de los productos y los reactantes. En la expresión de equilibrio sólo se incluyen las especies químicas en las fases acuosa y gaseosa, porque las concentraciones de líquidos y sólidos no cambian. Para la reacción química:
En primer lugar, considere un factor que no afecta al equilibrio: las sustancias puras. Si un líquido o un sólido puro interviene en el equilibrio, se considera que tiene una constante de equilibrio de 1 y se excluye de la constante de equilibrio. Por ejemplo, excepto en soluciones muy concentradas, se considera que el agua pura tiene una actividad de 1. Otro ejemplo es el carbono sólido, que puede formarse por la reacción de dos moléculas de monóxido de carbono para formar dióxido de carbono y carbono.
