Equilibrio químico: ley de acción de masas, constante Kc, desplazamientos y Le Chatelier

El equilibrio químico

El equilibrio químico es un estado de un sistema reaccionante en el que no se observan cambios apreciables a medida que transcurre el tiempo, a pesar de que la reacción continúa ocurriendo. Es decir, el equilibrio químico se establece cuando existen dos reacciones opuestas que tienen lugar simultáneamente a la misma velocidad. Cuando ambas velocidades se igualan, se considera que el sistema está en equilibrio.

En un sistema en equilibrio se dice que éste se encuentra desplazado hacia la derecha si hay mayor cantidad de productos presentes que de reactivos, y se encontrará desplazado hacia la izquierda cuando ocurra lo contrario.

La ley de acción de masas (LAM)

La ley de acción de masas (LAM) se enuncia de la siguiente manera: para un proceso elemental, la constante de equilibrio es igual al cociente entre el producto de las concentraciones en el equilibrio de los productos, elevadas a sus respectivos coeficientes estequiométricos, y el producto de las concentraciones en el equilibrio de los reactivos, elevadas a sus respectivos coeficientes estequiométricos. Esa magnitud, denominada constante de equilibrio, es constante para cada temperatura determinada.

La magnitud K_c mide el grado en el que se produce una reacción, según:

• Si K_c > 1, en el equilibrio la mayoría de los reactivos se convierten en producto.
• Si K_c se aproxima a ∞, indica que en el equilibrio existen prácticamente solo productos.
• Si K_c < 1, cuando se establece el equilibrio la mayoría de los reactivos quedan sin reaccionar, formándose pequeñas cantidades de producto.

K_c se considera adimensional; es decir, no tiene unidades (salvo en definiciones particulares donde se normalicen las concentraciones para mantener coherencia dimensional).

Características del equilibrio

• Propiedades microscópicas constantes: sus propiedades microscópicas no varían con el tiempo.
• Recipiente abierto: en un recipiente abierto, nunca se alcanzaría el equilibrio (debido a pérdidas o entradas de sustancias).
• Estado dinámico: el equilibrio es un estado dinámico en el que las reacciones directas e inversas ocurren a la misma velocidad.
• Influencia de la temperatura: la temperatura es la variable fundamental que controla el equilibrio.
• Expresión de K_c: la K_c corresponde al equilibrio expresado de una forma determinada (dependiente de la ecuación de reacción y la convención utilizada).

Grado de disociación

Grado de disociación, expresado en tanto por uno, de un proceso químico es el cociente entre el número de moles disociados y el número total de moles iniciales. Se expresa como:

α = (número de moles disociados) / (número total de moles iniciales)

Principio de Le Chatelier

Principio de Le Chatelier: si en un sistema en equilibrio se modifican los factores externos, el sistema evoluciona en el sentido de oponerse a dicha modificación. Esto se manifiesta en las siguientes respuestas:

• Temperatura: el aumento de temperatura favorece la reacción endotérmica; la disminución de temperatura favorece la reacción exotérmica.
• Presión: el aumento de la presión desplaza el equilibrio hacia el lado que tenga menos moles gaseosos.
• Concentración: el aumento de la concentración de un reactivo o producto desplaza el equilibrio en el sentido que tienda a disminuir la concentración de la sustancia añadida (es decir, hacia la formación o desaparición que consuma esa sustancia).

Nota final

Estos conceptos son fundamentales para entender cómo se comportan las reacciones químicas en condiciones variables y cómo controlar la dirección y rendimiento de procesos químicos mediante cambios en temperatura, presión y concentración.