Equilibrio químico
En una reacción química , el equilibrio químico es el estado en el que tanto los reactivos como los productos están presentes en concentraciones que no tienen más tendencia a cambiar con el tiempo, de modo que no hay ningún cambio observable en las propiedades del sistema. [1] Este estado se produce cuando la reacción directa avanza a la misma velocidad que la reacción inversa . Las velocidades de reacción de las reacciones hacia adelante y hacia atrás generalmente no son cero, pero son iguales. Por tanto, no hay cambios netos en las concentraciones de los reactivos y productos. Tal estado se conoce como equilibrio dinámico . [2] [3]
El concepto de equilibrio químico se desarrolló en 1803, después de que Berthollet descubriera que algunas reacciones químicas son reversibles . [4] Para que cualquier mezcla de reacción exista en equilibrio, las velocidades de las reacciones hacia adelante y hacia atrás (inversa) deben ser iguales. En la siguiente ecuación química , las flechas apuntan en ambos sentidos para indicar el equilibrio. [5] A y B son especies químicas reactivas , S y T son especies de productos, y α , β , σ y τ son los coeficientes estequiométricos. de los respectivos reactivos y productos:
Se dice que la posición de concentración de equilibrio de una reacción está "muy a la derecha" si, en el equilibrio, se consumen casi todos los reactivos. A la inversa, se dice que la posición de equilibrio está "muy a la izquierda" si casi no se forma ningún producto a partir de los reactivos.
donde A, B, S y T son masas activas y k + y k - son constantes de velocidad . Dado que en el equilibrio las tasas hacia adelante y hacia atrás son iguales:
Por convención, los productos forman el numerador . Sin embargo, la ley de acción de masas es válida solo para reacciones concertadas de un solo paso que avanzan a través de un solo estado de transición y no es válida en general porque las ecuaciones de velocidad no siguen, en general, la estequiometría de la reacción como lo habían propuesto Guldberg y Waage. (ver, por ejemplo, sustitución alifática nucleofílica por S N 1 o reacción de hidrógeno y bromo para formar bromuro de hidrógeno ). Sin embargo, la igualdad de las tasas de reacción hacia adelante y hacia atrás es una condición necesaria.para el equilibrio químico, aunque no es suficiente para explicar por qué ocurre el equilibrio.
A pesar del fracaso de esta derivación, la constante de equilibrio para una reacción es de hecho una constante, independiente de las actividades de las diversas especies involucradas, aunque depende de la temperatura observada por la ecuación de van 't Hoff . La adición de un catalizador afectará tanto la reacción directa como la reacción inversa de la misma manera y no afectará la constante de equilibrio. El catalizador acelerará ambas reacciones aumentando así la velocidad a la que se alcanza el equilibrio. [2] [6]
