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TEMA 2.2 EQUILIBRIO QUÍMICO
El equilibrio químico es un estado de un sistema reaccionante en el que no se observan cambios a medida que transcurre el tiempo, a pesar de que siguen reaccionando entre sí las sustancias presentes. En la mayoría de las reacciones químicas, los reactivos no se consumen totalmente para obtener los productos deseados, sino que, por el contrario, llega un momento en el que parece que la reacción ha concluido. Podemos comprobar, analizando los productos formados y los reactivos consumidos, que la concentración de todos permanece constante. Es decir, el equilibrio químico se establece cuando existen dos reacciones opuestas que tienen lugar simultáneamente a la misma velocidad.
Esto, en términos de velocidad, se puede expresar según consta en la Figura de la izquierda. Así pues, si tenemos una reacción:
Cuando ambas velocidades se igualan, se considera que el sistema está en equilibrio. Se puede deducir que el sistema evolucionará cinéticamente, en uno u otro sentido, con el fin de adaptarse a las condiciones
energéticas más favorables. Cuando estas se consigan, diremos que se ha alcanzado el equilibrio, esto es, ΔG =
En un sistema en equilibrio se dice que el mismo se encuentra desplazado hacia la derecha si hay más cantidad de productos (C y D) presentes en el mismo que de reactivos (A y B), y se encontrará desplazado hacia la izquierda cuando ocurra lo contrario. Se podrían tener, por tanto, las dos situaciones representadas en la Figura siguiente.
Consideremos la reacción de obtención del trióxido de azufre a partir de azufre y oxígeno a 1 000 °C según:
Supongamos que inicialmente partimos de 0,4 moles de SO 2 y 0,2 moles de O 2 en un recipiente de 1 litro de capacidad. Al cabo del tiempo vemos que se establece el equilibrio y se comprueba que se han formado 0,06 moles de SO 3 y quedan sin reaccionar 0,34 moles de SO 2 y 0,17 moles de O 2.
A continuación variamos las concentraciones de partida: Partimos ahora de 0, moles de SO 3 en el mismo recipiente, sin añadir ni SO 2 ni O 2. Al alcanzarse el equilibrio, en las mismas condiciones anteriores, 1 000 °C, comprobamos que las concentraciones de las especies que intervienen en la reacción son las mismas que las obtenidas anteriormente.
Si no se cambian las condiciones de reacción, estas concentraciones permanecen inalteradas, pues se ha conseguido alcanzar el estado de equilibrio, lo cual no quiere decir que la reacción se haya parado, ya que el estado de equilibrio es un estado dinámico permanente.
Constante de equilibrio
En el ejemplo anterior se comprueba que las concentraciones de las sustancias que intervienen en el proceso, cuando este llega al equilibrio, son las mismas, independientemente de la concentración inicial. Esto hace pensar que debe existir una relación entre ellas que permanezca constante, siempre y cuando la temperatura no varíe. Fue así como Guldberg y Waage, en 1864, encontraron, de una forma absolutamente experimental, la ley que relacionaba las concentraciones de los reactivos y productos en el equilibrio con una magnitud, que se denominó constante de equilibrio.
Así pues, si tenemos un equilibrio de la forma:
Y por tanto:
Esta constante, Kc , es la que se denomina «constante de equilibrio».
Ahora se puede comprender por qué es siempre constante, independientemente de las concentraciones de las sustancias reaccionantes en el equilibrio. Siempre es igual a el cociente de dos cantidades que en sí mismas son constantes a una temperatura dada. Como las constantes de velocidad dependen de la temperatura, se deduce que la constante de equilibrio debe variar también con la temperatura.
