Ley de acción de masas: la constante de equilibrio

Cuando tiene lugar una reacción química reversible se observa que llegado un determinado momento las cantidades netas de reactivos y productos se mantienen invariables. Ya vimos que este hecho no significa que la reacción se pare, sino que la velocidad a la que se forman los productos se iguala a la velocidad a la que se regeneran los reactivos. Es decir, nuestra reacción está en equilibrio.

De manera general, podemos representar una reacción química en equilibrio así:

Reaccion-equilibrio-quimico

Al leer la reacción de izquierda a derecha (sentido directo) los reactivos A y B (en color verde) reaccionan para formar los productos C y D (en color rojo). Pero como es una reacción reversible (se representa mediante una flecha de doble sentido) podríamos interpretar que los productos también reaccionan para formar los reactivos (sentido inverso). Las velocidades a las que tienen lugar ambos procesos se pueden representar mediante las siguientes ecuaciones de velocidad:

Velocidad-reacciones-equilibrio

Donde a, b, c y d son los correspondientes coeficientes estequiométricos.

En el equilibrio las velocidades de las reacciones directa e inversa son iguales, por lo tanto:

Deduccion-constante-equilibrio

De esta manera se puede definir el constante de equilibrio como:

Constante-equilibrio-ley-accion-masas

Esta expresión se conoce como ley de acción de masas, y permite determinar las concentraciones molares de los reactivos y productos en el equilibrio. Esta constante es característica de cada reacción y es independiente de las cantidades iniciales de reactivos y productos.

Así, por ejemplo, para la siguiente reacción:

Ejemplo-constante-equilibrio

Como se puede observar todos los compuestos se encuentran en estado gaseoso. En este caso se habla de equilibrio homogéneo, pues en él todas las especies químicas están en la misma fase. Pero, ¿qué ocurriría si uno de ellos fuese, por ejemplo, un sólido o un líquido? En este caso se trataría de un equilibrio heterogéneo, en el que (al menos) una especie está en una fase distinta. Cuando esto ocurre, en la expresión de la constante de equilibrio no aparecen las concentraciones de los sólidos ni de los líquidos puros, ya que a una temperatura determinada, estas concentraciones son constantes. Por ejemplo:

Ejemplo-equilibrio-heterogéneo

Pero, ¿qué utilidad tiene la constante de equilibrio? El valor de la constante de equilibrio nos permite predecir la tendencia de una reacción química a formar productos. Así, valores altos de la constante de equilibrio indican una mayor concentración de productos que de reactivos en el equilibrio, es decir, el equilibrio estará desplazado hacia la derecha de la reacción. Por el contrario, valores bajos de la constante de equilibrio expresan una mayor proporción de reactivos que de productos, por lo que la reacción química estará desplazada hacia la izquierda.

Y para comenzar a practicar, aquí van unos ejercicios. Cualquier duda, ya sabes, a los comentarios!

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