4. Cociente de reacción y estado de equilibrio
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Ya has visto que todos los sistemas alcanzan un estado de equilibrio químico, caracterizado porque su composición y otras propiedades que dependen de ella son constantes. Ese estado se alcanza con un grado de reacción prácticamente nulo, bajo, intermedio, alto o prácticamente total, dependiendo de la tendencia que los reactivos tengan a transformarse en productos.
También sabes que el estado de equilibrio se alcanza para cualquier composición inicial de partida. Has experimentado con la reacción de síntesis del HI utilizando un simulador, y has visto que se llega a situaciones de equilibrio diferentes, pero que tienen en común que su relación según la ley de acción de masas es la constante de equilibrio.
Ahora vas a plantearte si dada una mezcla inicial de reactivos y productos, se encuentra en equilibrio o no, y, en caso de que no lo esté, cómo evolucionará hasta alcanzarlo.
Ya has visto que el estado de equilibrio se alcanza partiendo de composiciones iniciales diferentes, y que se establecen estados de equilibrio distintos, pero que tienen en común la relación de concentraciones según la ley de acción de masas: la constante de equilibrio.
Precisamente el conocimiento de la constante de equilibrio de una reacción te va a permitir decidir si un sistema está en equilibrio o no, y el sentido en que evoluciona el sistema para alcanzar el equilibrio, para unas concentraciones dadas de las sustancias que intervienen.
Con ese fin vas a utilizar el cociente de reacción Q, que se calcula utilizando la misma expresión de la constante de equilibrio pero con una composición del sistema que puede ser o no de equilibrio.
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Si la composición es tal
que Qc = Kc es que el sistema está en equilibrio, y si son diferentes el sistema va a evolucionar hasta alcanzarlo.
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En el caso de que Qc sea menor que Kc , Qc debe aumentar hasta igualarse a Kc.
¿Cómo lo hace? Evolucionando el sistema hacia la derecha, con lo que
aumenta la concentración de productos, disminuye la de reactivos y
aumenta Qc.
- Si por el contrario, Qc es mayor que Kc, el sistema evoluciona hacia la izquierda para alcanzar el estado de equilibrio.
El mismo razonamiento es válido si la comparación se establece entre Qp y Kp.
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¿Está el sistema en equilibrio?
La relación de concentraciones de productos y reactivos, análoga a la constante de equilibrio pero en cualquier situación, no necesariamente de equilibrio, se llama cociente de reacción, Q.
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Si Q=K el sistema no evoluciona, porque está en equilibrio.
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Si Q<K el sistema evoluciona hacia la derecha para alcanzar el equilibrio.
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Si Q>K el sistema evoluciona hacia la izquierda para alcanzar el equilibrio.
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¿En equilibrio?
A una temperatura dada, la constante de equilibrio en la síntesis del HI es 2. Si mezclas en un recipiente de 5 litros 2 moles de H2, 4 de I2 y 6 de HI, demuestra que el sistema no está en equilibrio y predice cómo evolucionará para llegar a estarlo.
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¿Cómo varía la presión?
Cuando mezclas 1,5 mol de N2O4 con 0,75 mol de NO2 en un recipiente de 5 litros, siendo Kc=0,02 para la disociación, ¿cómo varía la presión de la mezcla desde el momento en que se produce la mezcla hasta que la presión se estabiliza?