Equilibrio químico

Se le llama equilibrio químico al estado de un sistema donde no se observan cambios en la concentración de reactivos o productos, al transcurrir el tiempo, éstas se mantienen constantes. Esto se da en reacciones reversibles, donde la velocidad de la reacción de reactivos a productos es la misma que de productos a reactivos.

Un equilibrio químico puede ser representado de la siguiente manera:

Siendo  A y B, los reactivos, S y T los productos, y  las letras griegas delante de cada uno, sus respectivos coeficientes estequiométricos.

La constante del equilibrio K puede definirse como siendo la relación entre el  producto entre las concentraciones de los productos (en el equilibrio) elevadas a sus correspondientes coeficientes estequiométricos, y el producto de las concentraciones de los reactivos (en el equilibrio) elevadas en sus correspondientes coeficientes estequiométricos. Esta constante sufre variaciones con la temperatura.

Existen varios factores que pueden alterar el estado de equilibrio químico, los más importantes son la temperatura, la presión  y la concentración  de los reactivos o productos. La manera en que estos factores pueden alterar el equilibro químico se pude predecir cualitativamente según el principio de Le Chatelier, que establece lo siguiente: si se modifica alguno de los factores capaces de alterar el equilibrio químico (temperatura, presión, concentración) el sistema se desplazará de  manera de contrarrestar la modificación.

Efecto de la temperatura. Un aumento de la temperatura causará un desplazamiento del equilibrio en el sentido de la reacción que absorba calor, es decir, en el sentido endotérmico de la reacción. Por el contrario, una disminución en la temperatura causará un desplazamiento en el sentido exotérmico de la reacción.

Efecto de la presión: Si aumenta la presión, el equilibrio se desplazará hacia el lado de la reacción donde haya menor número de moles gaseosos, contrarrestando de esta manera la disminución de volumen. Si la presión disminuye, ocurrirá lo contrario.

Efecto de la concentración: El aumento de la concentración de los reactivos causará un desplazamiento del equilibrio hacia la formación de productos. Un aumento en la concentración de productos determinará un desplazamiento del equilibrio hacia la formación de reactivos. La disminución en la concentración de reactivos o productos causa un desplazamiento hacia la formación de mayor cantidad de reactivos o productos, respectivamente.

A continuación, tenemos un ejemplo concreto de equilibrio químico, el ácido acético disuelto en agua y la formación de iones acetato e hidronio:

Donde la constante de equilibrio estaría dada por la siguiente fórmula:

J.W. Gibbs sugirió en el año1873 que se alcanzaría el estado de equilibrio químico cuando la energía libre de Gibbs se encuentra en su valor mínimo, siempre y cuando la presión sea constante. Si la mezcla de reactivos y productos no están en equilibrio, el exceso de energía de Gibbs hace que la reacción se desplace hasta lograr un equilibrio. La constante de equilibrio se puede relacionar con el cambio de energía libre de Gibbs mediante la siguiente ecuación:

Donde R representa la constante universal de los gases, y T la temperatura en grados Kelvin.