2.1 Ley de acción de masas
Para una reacción cualquiera, se puede escribir una expresión general para la constante de equilibrio, en la que las concentraciones de las diferentes sustancias se refieren a la situación de equilibrio:
Como puedes ver, en el numerador se escribe el producto de las concentraciones de los productos elevados a sus coeficientes estequiométricos, y lo mismo en el denominador, pero referido a los reactivos. Esta expresión se conoce como ley de acción de masas.
La constante de equilibrio tiene un valor concreto para cada reacción, y varía solamente con la temperatura, ya que con ésta varían de forma diferente las constantes de velocidad kd y ki.
Tipos de constantes de equilibrio
Para sistemas en disolución, se utiliza la Kc, como verás al estudiar los equilibrios de solubilidad o los procesos ácido-base. Pero si se trata de sistemas gaseosos, se suele usar una constante de equilibrio, llamada Kp, en la que se indican las presiones parciales de cada gas (la que produciría un gas dado si estuviese solo en el recipiente).
Para la reacción general anterior, la expresión sería:
Relación entre Kc y Kp
Siguiendo con el sistema general anterior, y utilizando la ecuación de los gases, PV=nRT, en el gas A obtienes que:
Para cada gas puedes obtener una ecuación similar. Ahora hay que sustituir cada presión parcial en la expresión de Kp y operar adecuadamente:
Si te fijas, te darás cuenta de que la primera parte de la expresión resultante es precisamente Kc. Además, el exponente de la segunda parte se suele escribir como Δn, y es la variación estequiométrica de la cantidad de sustancia de gas (suma de los coeficientes de sustancias gaseosas en productos menos los de los reactivos). En resumen, la expresión definitiva es:
En las reacciones en que Δn=0 las dos constantes de equilibrio tienen el mismo valor: Kp = Kc.
Actividad
Magnitud de la constante de equilibrio
Puede tener un valor grande, si en el estado de equilibrio hay muchos productos y muy pocos reactivos, o muy pequeño en el caso contrario, pero su valor siempre es positivo, ya que las concentraciones también lo son.
Objetivos
Unidades de la constante de equilibrio
La constante de equilibrio termodinámica Kº hay que expresarla utilizando las llamadas actividades. La actividad de una sustancia puede considerarse como una especie de "concentración efectiva" o bien de "presión parcial efectiva", y es una magnitud que no tiene dimensiones. Por ello, la constante de equilibrio Kº es también adimensional, es decir, no tiene unidades.
Las constantes de equilibrio Kc y Kp son valores experimentales que varían con la temperatura, y que dependen en general de cuál sea el estado de referencia utilizado para medir las presiones o las concentraciones (atmósferas y moles por litro habitualmente).
Sus valores numéricos se suelen indicar sin unidades, por similitud con el caso de Kº. Sin embargo, es necesario señalar en Kp las unidades en que se han medido las presiones, porque si Δn es distinto de cero en el sistema en equilibrio el valor de Kp es distinto según que el estado de referencia de las presiones sea
atmósferas, pascales o milímetros de Hg.
Pre-conocimiento
Constantes de equilibrio y ecuaciones de reacción
Cuando se multiplican los coeficientes estequiométricos de una reacción para obtener otra, la constante de equilibrio se eleva a la potencia correspondiente. La reacción 1 es el doble de la reacción 2, pero su constante queda elevada al cuadrado.
| 1) 2 N2O(g) + O2(g) ↔ 4 NO (g) |  |
2) N2O(g) + 1/2 O2(g) ↔ 2 NO (g)
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La relación es muy sencilla entre reacciones inversas, ya que como reactivos y productos invierten su posición, las constantes también son inversas una de la otra.
