1.1 Explicación cinética del estado de equilibrio
El caso que realmente interesa analizar es el estado de equilibrio en las reacciones químicas. En la simulación puedes ver cómo se alcanza la situación de equilibrio en la reacción de formación del gas NO.
Fíjate en que quedan sin reaccionar tanto nitrógeno como oxígeno, y que continuamente reaccionan formando NO, mientras que éste se disocia regenerando N2 y O2. Observa que se pierde el concepto de reactivo y de producto, porque todas las sustancias son a la vez reactivos y productos, aunque por tradición y simplicidad se suele llamar reactivos a las sustancias que se escriben a la izquierda de la ecuación química, y productos a las que se escriben a la derecha.
Precisamente se llaman reacciones reversibles por esta razón: en el estado de equilibrio hay una mezcla de "reactivos" y "productos", y se alcanza ese estado partiendo de unos, de otros o de una mezcla de ambos.
Para una reacción sencilla R ↔ P, en la que se parte únicamente de reactivo R, como al principio su concentración es alta, su velocidad de desaparición, y, por tanto, la de formación de P, también lo es; mientras que la reacción inversa es imposible, ya que no hay P formado.
Sin embargo, la concentración de R va disminuyendo, y la de P va aumentando: por tanto, la velocidad de reacción directa (formación de P) va disminuyendo, y la velocidad de reacción inversa (formación de R) va aumentando. Lógicamente, al cabo de cierto tiempo las dos velocidades se igualarán: las velocidades de formación y desaparición de R y P serán iguales, y sus concentraciones permanecerán constantes.
Se dice que se ha alcanzado el estado de equilibrio, en el que no varía la composición del sistema. Este equilibrio (como en los equilibrios físicos) es dinámico, ya que, a pesar de que las concentraciones de reactivos y productos son constantes, existe una intertransformación continua de unos en otros.
Para esa reacción, el tratamiento cinético produce los resultados siguientes:
La relación de las dos constantes de velocidad también es otra constante, llamada constante de equilibrio, y que como las anteriores, es función de la temperatura.
Actividad
Características del estado de equilibrio
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No varían las propiedades observables del sistema a temperatura constante (en particular, la composición y la presión).
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Las velocidades de las reacciones directa e inversa son iguales, por lo que se trata de un estado dinámico.
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Para que se establezca, es necesario que el sistema esté cerrado.
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Puede alcanzarse partiendo de reactivos, de productos o de una mezcla de ambos.
- Para que haya equilibrio, deben estar presentes todas las sustancias que intervienen en el proceso.
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El equilibrio químico no se alcanza instantáneamente, sino que transcurre un cierto tiempo desde que se pasa de la situación inicial a la de equilibrio, debido a la propia cinética de las reacciones implicadas.
Ejemplo o ejercicio resuelto
Pre-conocimiento
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En el gimnasio
La situación de equilibrio dinámico se puede comparar a la de una persona que corre sobre una cinta continua, la cual aumenta su velocidad al hacerlo la del corredor. Cuando la persona que corre y la cinta están en equilibrio (es decir, llevan velocidades iguales y de signos contrarios) el corredor está aparentemente estacionario para un observador exterior.
Si el corredor aumenta instantáneamente su velocidad, avanza una cierta distancia sobre la cinta, pero la cinta también se mueve más deprisa hasta que iguala su velocidad a la del corredor, con lo que se vuelve a la situación estacionaria, aunque la posición sobre la cinta queda avanzada respecto de la anterior (se puede decir que se ha desplazado el equilibrio).