Antes de abordar cualquier estudio
cualitativo sobre los equilibrios químicos, es imprescindible conocer qué es un
equilibrio químico y por qué se produce.
Los equilibrios químicos son consecuencia
de la reversibilidad de las reacciones: mientras los reaccionantes reaccionan
dando lugar a los productos de la reacción, estos productos también reaccionan simultáneamente
dando lugar a los reaccionantes. La reacción avanza mientras que la velocidad
a. la que se forman los productos es mayor a la velocidad inversa de formación
de reaccionantes. Finalmente, se llega a un estado de la mezcla en donde parece
que la reacción no avance por cuanto la composición de la misma permanece
constante. Este estado se denomina EQULIBRIO QUÍMICO. Es importante notar que
el equilibrio se establece no por el hecho de que la reacción haya cesado sino
como resultado del desarrollo simultáneo y con igual velocidad de las
reacciones directa e indirecta.
Es evidente que para que las velocidades
tiendan a igualarse la velocidad directa disminuye y la velocidad inversa, por
contra, aumenta a medida que transcurre la reacción. Esto ocurre porque la
velocidad de una reacción es función de la concentración de sus reaccionantes:
a medida que transcurre la reacción, la concentración de los reaccionantes va
disminuyendo ( y, por tanto, su velocidad directa) y la concentración de
productos va aumentando ( y, por tanto, su velocidad inversa).
La velocidad de una reacción, y por tanto
el equilibrio químico, también es función de la temperatura. Efectivamente, una
variación de temperatura afecta de forma desigual a las velocidades directa e
inversa en función si dichas reacciones son endotérmicas o exotérmicas: frente
a un incremento de calor la velocidad de una reacción endotérmica aumenta más
rápidamente que la de una exotérmica ( esto último constituye, en definitiva,
una aplicación del Principio de Le Chatelier. Supongamos la reacción
exotérmica: A+ B
C+D+q; siendo q el desprendimiento de calor.
Al suministrar calor la reacción se desplaza hacia la izquierda).
C+D+q; siendo q el desprendimiento de calor.
Al suministrar calor la reacción se desplaza hacia la izquierda).
El siguiente paso consiste en traducir al
lenguaje matemático lo expuesto hasta ahora de forma cualitativa. Para ello,
supongamos la reacción:
a A+b B c C+d D
c C+d D
La condición de equilibrio, tal como hemos
definido en los párrafos anteriores, es aquella en que las velocidades de
reacción en un sentido y otro son iguales, por tanto:
K1[A]a [B]a=K2[C]c
[D]d
en donde [A], [B], [C] y [D] son las
concentraciones en el equilibrio de los reactivos y los
productos.
Reordenando convenientemente los términos
de la anterior expresión matemática, resulta que:
K1 / K2=[C]c
[D]d / [A]a [B]a
La relación K1 / K2
es una constante ( siempre que se trabaje a la misma temperatura; esto es, a
20ºC esta relación tiene un valor y a 80ºC tiene otro) que nos puede servir
como criterio cualitativo de equilibrio. A esta relación le daremos el nombre
de Keq ( Constante de Equilibrio); por tanto, K1 / K2
= Keq.
En función del tipo de reacción de la que
tratemos: ácido-base, rédox o de formación de complejos; hablaremos de un tipo
de equilibrio o de otro, si bien, el aparato matemático con el cual se abordan
cuantitativamente es similar.
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