Conceptos Fundamentales del Equilibrio Químico y sus Constantes

El Equilibrio Químico

El equilibrio químico es un estado dinámico en el que no se observan cambios macroscópicos en un sistema a medida que transcurre el tiempo. Cuando una reacción química reversible alcanza el estado de equilibrio, las concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes. Esto no significa que la reacción se detenga, sino que la velocidad de la reacción directa (reactivos → productos) es igual a la velocidad de la reacción inversa (productos → reactivos).

Ley de Acción de Masas y la Constante Kc

La Ley de Acción de Masas establece que, para una reacción en equilibrio a una temperatura dada, existe una relación constante entre las concentraciones de productos y reactivos. Esta relación se expresa mediante la constante de equilibrio Kc.

La expresión de Kc se basa en las concentraciones molares de las sustancias en el equilibrio. Es importante destacar:

• La constante Kc cambia con la temperatura.
• En su expresión solo se incluyen las especies en estado gaseoso (g) y/o en disolución acuosa (aq). Los sólidos (s) y líquidos puros (l) tienen concentración constante y se integran en el valor de Kc.

Cociente de Reacción (Q)

El cociente de reacción (Q) se calcula utilizando la misma fórmula que Kc, pero aplicando las concentraciones de las especies en un momento dado, que no tienen por qué ser las del equilibrio.

Comparar Q con Kc permite predecir la dirección en la que evolucionará una reacción para alcanzar el equilibrio:

• Si Q = Kc: El sistema está en equilibrio.
• Si Q < Kc: La reacción evolucionará hacia la derecha (→), aumentando las concentraciones de los productos y disminuyendo las de los reactivos hasta que Q se iguale con Kc.
• Si Q > Kc: La reacción evolucionará hacia la izquierda (←), aumentando las concentraciones de los reactivos y disminuyendo las de los productos hasta que Q se iguale con Kc.

Constante de Equilibrio Kp

Cuando en la reacción intervienen gases, es común expresar la constante de equilibrio en función de las presiones parciales de los gases en el equilibrio. Esta constante se denomina Kp.

El valor de Kp también depende de la temperatura. La relación entre Kp y Kc depende de la variación en el número de moles gaseosos (Δn) en la reacción.

Grado de Disociación (α)

El grado de disociación (α) representa la fracción de un mol de un reactivo inicial que se ha disociado o reaccionado cuando se alcanza el equilibrio. Se expresa como un valor entre 0 y 1 (o en tanto por ciento).

Se utiliza frecuentemente en reacciones donde un único reactivo se descompone o disocia en dos o más productos.

El porcentaje de sustancia disociada es igual a 100 * α.

Tipos de Equilibrios

Equilibrio Heterogéneo

Se dice que un equilibrio es heterogéneo cuando las sustancias que participan en él se encuentran en distintas fases (por ejemplo, sólidos y gases, líquidos y gases, etc.).

Ejemplo: 2 CO_(g) ⇌ C_(s) + CO_{2 (g)}

En la expresión de Kc o Kp para equilibrios heterogéneos, recuerda no incluir las concentraciones o presiones parciales de sólidos o líquidos puros.

Equilibrio Homogéneo

Un equilibrio es homogéneo cuando todos los reactivos y productos se encuentran en la misma fase (por ejemplo, todos gases o todos en disolución acuosa).

Interpretación del Valor de la Constante de Equilibrio (K)

El valor numérico de la constante de equilibrio (Kc o Kp) indica la extensión de la reacción:

• Si K >> 1: El equilibrio está muy desplazado hacia la derecha. En el equilibrio, predominan los productos.
• Si K << 1: El equilibrio está muy desplazado hacia la izquierda. En el equilibrio, predominan los reactivos.
• Si K ≈ 1: En el equilibrio, las concentraciones de reactivos y productos son del mismo orden de magnitud.

Principio de Le Chatelier

El Principio de Le Chatelier establece que si un sistema en equilibrio se somete a una perturbación o cambio en sus condiciones (como modificación de la presión, temperatura o concentración de alguna de las especies), el sistema evolucionará espontáneamente en el sentido que tienda a contrarrestar u oponerse a dicha modificación, alcanzando un nuevo estado de equilibrio.