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En este apartado estudiaremos la extensión en que ocurren las reacciones químicas. La realidad es que en mayor o menor medida las reacciones químicas son reversibles, es decir, al igual que ocurren desde reactivos a productos, también hay un proceso que transforma los productos en reactivos.
Cuando ambas reacciones, directa e inversa, alcanzan la misma velocidad, el sistema químico no cambia su composición, decimos entonces que se ha alcanzado el equilibrio.
Para ejemplificar este fenómeno se suele utilizar la reacción de descomposición del tetraóxido de dinitrógeno (N2O4) en dióxido de nitrógeno (NO2).
La ventaja de este sistema químico es que el N2O4 es incoloro y el NO2 es de color marrón, facilitando la diferenciación visual de las mezclas. Si partimos de NO2 puro y lo mantenemos a diversas temperaturas observamos lo siguiente:
La explicación de este cambio de color es que el sistema químico cambia de composición con la temperatura. A alta temperatura el sistema es rico en NO2 y pobre en N2O4, manifestando un fuerte color marrón. Sin embargo a baja temperatura ocurre lo contrario.
Las características del equilibrio químico son las siguientes:
- Se produce en un sistema aislado, a temperatura constante.
En el sistema en equilibrio no pueden darse intercambios de materia y/o energía. Si algún material entra o sale o si calentamos o enfriamos, el equilibrio dejará de existir.
- Para que se produzca el equilibrio químico todas las sustancias que intervienen en él deben estar presentes.
Un sistema químico no puede estar en equilibrio si falta alguna de las sustancias que intervienen en él. Podrán cambiar las cantidades relativas de las sustancias, pero no pueden faltar ninguna de ellas.
- Las concentraciones de todas las sustancias que intervienen en el equilibrio se estabilizan cuando este se alcanza.
Da igual que se parta de los "reactivos" puros, de los "productos" puros o de una mezcla de ambos, cuando se alcanza el equilibrio las concentraciones se mantienen constantes.
Por ejemplo, si inicialmente nuestro sistema contiene N2O4 puro en una concentración 0,05 M, el equilibrio se alcanza después de 1750 ns, cuando su concentración se ha reducido hasta 0,042 M y la de NO2 ha pasado de 0 a 0,16 M (según indica la estequiometría de la reacción).
De forma similar, si partimos de NO2 puro en una concentración de 0,10 M, al cabo de un cierto tiempo su concentración se estabiliza en 0,018 M. Por el contrario, el N2O4, inicialmente inexistente, aumenta su concentración hasta alcanzar 0,042 M. A partir de entonces no hay cambios.
- El equilibrio químico es dinámico
Aunque las concentraciones no cambien en equilibrio, la reacción no se ha detenido, sigue produciéndose pero con la misma velocidad en ambos sentidos.
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- Equilibrio químico, características
- Constante de equilibrio
- Cociente de reacción
- Grado de disociación
- Constante de equilibrio, analisis cinético
- Constante de equilibrio y energía libre
- Cambios en el equilibrio. Principio de Le Chatelier
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