El equilibrio químico es un fenómeno que se produce en las reacciones químicas reversibles entre un reactivo y un producto.
Se produce cuando alcanzan un punto de equilibrio donde las velocidades de las reacciones directa e inversa son iguales.
El equilibrio químico se mide por dos magnitudes: el grado de equilibrio y la constante de equilibrio.
Reacciones Químicas Reversibles
Recuerde que la mayor parte de las reacciones o fenómenos químicos son reversibles. Así, en las reacciones directas los reactivos forman productos (reactivos → productos). En las reacciones inversas los productos forman reactivos (productos → reactivos).
Ejemplo de Ecuación Química:
2H2 + O2 → 2H2O
En el primer miembro (antes de la flecha) aparecen los reactivos, es decir, las sustancias que entran en la reacción.
En el segundo miembro (después de la flecha) están los productos, es decir, las sustancias que fueron formadas por la reacción.
En una reacción reversible puede ocurrir en los dos sentidos:
N2 + 3H2 ↔ 2NH3
En el ejemplo anterior, la reacción directa se produce de izquierda a derecha; y la reacción inversa, de derecha a izquierda.
Obs: Las reacciones reversibles pueden representarse por dos flechas en sentidos opuestos:
Grado de disociación
El grado de disociación (α) es una magnitud que caracteriza al equilibrio químico. Corresponde con el rendimiento de una reacción química por medio de la relación entre el reactivo y la cantidad de moles de ese reactivo.
De esta forma, el grado de equilibrio indica el porcentaje en moles de una sustancia hasta alcanzar el equilibrio químico.
Observa que cuanto mayor sea el grado de equilibrio, mayor será la probabilidad de que la reacción alcance el equilibrio. Esta magnitud está dada por la siguiente expresión:
n: cantidad de moles que reaccionaron hasta alcanzar el equilibrio
n0: cantidad de moles iniciales del reactivo
Constante de Equilibrio
La constante de equilibrio (Kc) es una magnitud que caracteriza el equilibrio químico de una reacción.
Fue establecida en 1864 por los científicos noruegos: Cato Maximilian Guldberg y Peter Waage.
Ambos elaboraron la teoría que se conoció como «Ley de Acción de Masas» o «Ley de Guldberg-Waage«.
Por lo tanto, analizaron los aspectos cinéticos de las reacciones químicas y las soluciones en equilibrio dinámico. Para ellos, en el equilibrio químico las tasas de reacción de un sentido de reacción y su inverso deben ser iguales.
La constante de equilibrio puede llevarse a cabo en sistemas homogéneos y heterogéneos:
- Homogéneos: los reactivos y los productos forman un sistema homogéneo.
- Heterogéneos: los reactivos y los productos forman un sistema heterogéneo.
Ejemplo:
Dada la reacción: A + B ↔ C + D, tenemos:
V1 = K1 [A] [B] (velocidad de reacción directa)
V2 = K2 [C] [D] (velocidad de reacción inversa)
En el equilibrio, tenemos que V1 = V2
Luego,
K1 [A] [B] = K2 [C] [D]
Por lo tanto, esta magnitud puede calcularse mediante la fórmula:
Donde, los numeradores C y D son los productos; y los denominadores A y B, son los reactivos de la reacción.
Ejemplo: N2 + 3H2 ↔ 2NH3
Desplazamiento del Equilibrio Químico
El desplazamiento de equilibrio corresponde a un cambio de la velocidad de una reacción directa o inversa. Este proceso provoca modificaciones en las concentraciones de las sustancias (reactivos y productos) involucradas en la reacción.
El resultado de estos desplazamientos genera un nuevo estado de equilibrio en el sistema químico. Además de la concentración, la presión y la temperatura influyen en este proceso.
El desplazamiento puede ocurrir de dos maneras:
Reacciones desplazadas a la derecha: cuando la velocidad de la reacción directa aumenta.
Reacciones desplazadas a la izquierda: cuando la velocidad de la reacción inversa aumenta.
El desplazamiento de la reacción está íntimamente relacionado con el «Principio de Chatelier» que postula:
«Cuando un factor externo actúa sobre un sistema en equilibrio, este se desplaza, siempre en el sentido de minimizar la acción del factor aplicado.»