Si quieres conocer que es el equilibrio químico, los conceptos básicos relacionados con este tema y ¿cuál es su importancia en la naturaleza?, no te pierdas este post y todos los relacionados. En este post, se describe paso a paso los conceptos básicos relacionados al equilibrio químico y después de leer esta publicación, no tendrás excusa para no aprobar tú examen.

¿Hasta cuándo ocurren las reacciones Químicas?

El equilibrio químico es fundamental para el estudio de muchos fenómenos, estamos rodeados de ellos haciendo que estén presentes en nuestro día a día, tanto en nuestro entorno como en nuestro propio cuerpo.

Por ejemplo, en la reacción mediante la cual la hemoglobina reacciona con el oxígeno disuelto en la sangre, para su transporte a los diferentes órganos del cuerpo, se establece un equilibrio químico que gobierna el proceso, pero éste depende de factores como la temperatura, la presión, los requerimientos de oxígeno, entre otros.

¿Conoces algunos ejemplos de procesos en los que estén presentes Equilibrios Químicos?

El equilibrio químico desempeña un rol importante en la operación de plantas químicas, como en las refinerías de petróleo, donde los fabricantes desean optimizar la cantidad de producto.

Esto puede hacerse mediante el ajuste de las condiciones de reacción como temperatura, presión y concentración de los reactivos utilizados, todos ellos factores determinantes que afectan el equilibrio químico.

Además, tenemos las bebidas gaseosas que tienen una cantidad de dióxido de carbono ($ CO_{2} $) disuelto, esta disolución dependerá entre otras cosas de la presión dentro y fuera del recipiente, cuando está cerrado posee una cantidad determinada de $ CO_{2} $ disuelto en equilibrio, en el momento en que se abre hay un cambio de presión que permite mantener el equilibrio químico en la disolución, la cantidad de $ CO_{2} $ disuelto disminuye y parte pasa al ambiente en forma gaseosa; éstas son las burbujas que vemos en este tipo de bebidas.

El objetivo de este artículo es el estudio de tales procesos dinámicos. Aquí describimos diferentes tipos de reacciones en equilibrio, el significado de la constante de equilibrio y su relación con la constante de rapidez, así como los factores que pueden modificar un sistema en equilibrio.

Equilibrio Químico

Existe un Equilibrio Químico cuando la velocidad de formación de los productos de una reaccion química es igual a la velocidad de generación de reactivos a partir de los productos.

El Equilibrio Químico desempeña una función de gran importancia en los procesos industriales, biológicos, médicos y evidentemente en los procesos químicos.

Reacciones Reversibles

También entendemos por reacciones reversibles, la formación de reactivos y productos de forma simultánea, es decir, una reaccion compuesta por A, B, C Y D, que sigue la siguiente ecuación química

$\large A + B \rightleftharpoons C +D$

Donde

A y B reaccionan para formar C y D a la misma velocidad con la que C y D reaccionan para formar A y B

En otras palabras

existe una reaccion reversible cuando dos reacciones opuestas ocurren a la misma velocidad de forma simultánea.

Un Equilibrio Químico es dinámico.

Las moléculas individuales reaccionan de forma continua , aunque no cambia la composición global de la mezcla.

Reacciones Irreversibles

Cuando vemos una ecuación química notamos una posible combinación de reactivos para la formación de unos productos, esto se representa con una flecha que va desde los reactantes hasta los productos, por ejemplo:

\[ \overbrace{A + B}^{Reactivos} \longrightarrow \underbrace{C +D}_{Productos}\]

Las reacciones de este tipo, que van en un solo sentido, se denominan reacciones irreversibles, en este tipo de reacciones los productos no pueden volver a convertirse en reactivos, una de las reacciones más comunes de este tipo son las reacciones de combustión.

Reacciones Reversibles

En los estados de equilibrio las reacciones químicas se dan en dos direcciones, una en sentido de los productos (reacción directa) y otra en el sentido de los reactantes (reacción indirecta o inversa), este tipo de reacciones se denotan con flechas en ambos sentidos de la siguiente manera:

$$ A + B \, \rightleftarrows C + D $$

Las reacciones de este tipo, que van en dos sentidos, se denominan reacciones reversibles, en éstas los productos también reaccionan para formar los reactivos originales; mientras la rapidez con la que se forman los productos sea mayor a la rapidez de formación de reactivos, el resultado neto apreciable es la formación de productos.

Llega un punto en la reacción química cuando la rapidez de formación de productos es igual a la rapidez de formación de reactantes, en este momento se dice que el sistema está en equilibrio químico.

El conocimiento de estas condiciones de equilibrio nos proporciona información muy importante acerca de la reacción, respondiendo a la interrogante, ¿hasta cuándo ocurren las reacciones químicas?, sencillamente las reacciones irreversibles ocurren hasta que se agoten los reactivos mientras que las reacciones reversibles ocurren hasta el momento cuando llegan al equilibrio.

¿Qué es el Equilibrio Químico?

Pocas reacciones químicas se dan en una sola dirección. La mayoría son reversibles, al menos en cierto grado. Al inicio de un proceso reversible, la reacción lleva a la formación de productos.

Tan pronto como se forman algunas moléculas de producto, comienza el proceso inverso: estas moléculas reaccionan y forman moléculas de reactivo. El equilibrio químico se alcanza cuando las rapideces de las reacciones en un sentido y en otro se igualan, y las concentraciones de los reactivos y productos permanecen constantes.

De forma clara y explícita se puede decir que el Equilibrio Químico es el estado en el que los elementos de una reacción química, tanto reactivos como productos ocurren al mismo tiempo y con la misma velocidad.

Que a diferencia de las reacciones comunes (reacciones directas que ocurren en un solo sentido) esta se encuentra en equilibrio.

¿Pero, qué quiere decir que una reacción se encuentra en equilibrio?

Quiere decir, que A y B reaccionaron a una determinada velocidad para formar C y D y a su vez C y D reaccionaron a la misma velocidad (con la cual A y B reaccionaron) para formar A y B.

Los Equilibrios Químicos son  equilibrios dinámicos, porque las moléculas individuales reaccionan de forma continua.

¿Cómo ocurre un equilibrio químico?

Supongamos que tenemos la siguiente reacción en la que todos los elementos tienen un coeficiente igual a 1 (uno)

A + B → C + D

A medida que las especies A y B  reaccionan, su velocidad de reacción disminuye en el tiempo conforme se reduce su concentración.

Cabe destacar, que ya hemos mencionado el tema de la velocidad de reacción en anteriores publicaciones a las que puedes acceder haciendo click aquí

Mientras que la concentración de A y B disminuye, la concentración de C y D aumenta y con ella su velocidad de reacción.

Pero,

Conforme aumenta la concentración de C y D se da inicio a una reacción reversible

A + B ← C + D

C y D comienzan a formar de nuevo A y B

De esta manera, a medida que siguen reaccionando y formándose los elementos C y D su velocidad de reacción irá en incremento hasta igualarse a la de A y B

De modo que, en un determinado momento ambas reacciones tendrán la misma velocidad de reacción y el sistema estará en equilibrio.

La siguiente imagen es cortesía de Fisicanet.com.ar

Este tipo de gráficos es común encontrarlas en algunos textos y publicaciones relacionadas a la concentración y  la presión.

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 Cociente de Reaccion Q

 Constante de Equilibrio Kc
 
 Ejericios de equilibrio químico resueltos paso a paso

 Principio de LeChatelier

Tipos de equilibrio químico

Para clasificar a los equilibrios químicos de manera sencilla se usan los términos equilibrio homogéneo y equilibrio heterogéneo.

Equilibrio homogéneo

Equilibrio en el que participan especies en una sola fase; esto es, todos gases, todos líquidos o todos sólidos.

Equilibrio heterogéneo

Equilibrio que involucran especies en más de una fase.

El conocimiento de estos equilibrios mencionados anteriormente es muy importante en la industria química, muchas veces se deben manipular para tener el resultado deseado, haciendo que se favorezca la formación de productos.

El equilibrio químico depende de variables como la concentración, la presión y la temperatura, éstas son manipuladas para llevar la reacción a resultados esperados, por ejemplo, en la industria cuando se produce amoniaco ($ NH_{3} $) para utilizarlo como fertilizante se debe trabajar a altas presiones para favorecer la formación de productos.

De ello profundizamos con detalle en la publicación que contiene la explicación del principio de Le Châtelier.

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