Constante de equilibrio - LEONARDO

Constante de equilibrio, constante que equivale al producto de las concentraciones de las sustancias formadas en una reacción química reversible en la que se ha alcanzado el equilibrio, dividido entre el producto de las concentraciones de las sustancias que reaccionan, elevada cada una a un exponente igual al coeficiente que precede a su respectiva fórmula en la ecuación química ajustada.

Sea la reacción reversible entre los reactivos A y B para dar los productos de reacción C y D, según:

aA + bB ⇄ cC + dD
siendo A, B, C y D especies químicas cualesquiera y [A], [B], [C] y [D] sus concentraciones respectivas expresadas en mol/litro.

La velocidad de la reacción directa, v, es directamente proporcional al producto de las concentraciones de los reactivos, elevada cada una a un exponente igual al coeficiente del reactivo en la reacción:

v = k [A]^a · [B]^b
donde k es la constante de velocidad de la reacción de A con B a una temperatura determinada.

La velocidad de la reacción inversa, v ’, es, de forma análoga:

v ’= k’ [C]^c · [D]^d

Cuando se alcanza el equilibrio, la velocidad de las dos reacciones es la misma y, por tanto:

donde K_c es la constante de equilibrio, que depende únicamente de la temperatura.

En reacciones entre gases se utilizan las presiones parciales en lugar de las concentraciones molares, y la constante de equilibrio se denomina K_p.

En las reacciones heterogéneas, las sustancias sólidas no aparecen en la expresión de la constante de equilibrio, ya que no influyen en las constantes de velocidad. Por ejemplo, en la reacción:

FeO(s) + CO(g) ⇄ Fe(s) + CO₂(g)
la constante de equilibrio K_c = [CO₂]/[CO], y

Velocidad de reacción

Velocidad de reacción, cantidad de sustancia que se transforma en una reacción química en la unidad de tiempo. Las reacciones químicas tienen lugar a muy distintas velocidades. El desgaste de los edificios y estatuas provocado por la lluvia ácida es muy lento, pero las reacciones que se producen en la explosión de los fuegos artificiales son muy rápidas. La mayoría de las reacciones tienen lugar a una velocidad intermedia entre la de la erosión de la piedra y la de los fuegos artificiales, que es casi instantánea.

En química es muy importante conocer la velocidad a la que ocurren las reacciones y por qué tienen lugar a esa velocidad. Para muchos procesos industriales y para actividades como la conservación de los edificios resulta muy conveniente la aceleración de ciertas reacciones y la ralentización de otras.

Las reacciones químicas que se producen en el cuerpo humano tendrían lugar a velocidades extremadamente lentas en ausencia de ayuda. Sin embargo, en el cuerpo existen miles de proteínas especiales llamadas enzimas, que aceleran estas reacciones millones de veces. Estas enzimas son catalizadores biológicos. Sin ellas, los humanos y otros organismos vivos no podrían sobrevivir.

Un campo de investigación crucial es la búsqueda de catalizadores para procesos industriales. Por ejemplo, sin un catalizador, la conversión del nitrógeno y el hidrógeno en amoníaco en el proceso Haber sería demasiado lenta para ser útil. Un catalizador de hierro acelera la reacción lo suficiente como para que el proceso sea económicamente rentable.

Las velocidades de reacción se ven alteradas también por otros factores. Si se calientan las sustancias reaccionantes (reactivos), normalmente aumenta la velocidad de reacción; si se enfrían, la reacción se ralentiza. Para reaccionar, las partículas de las sustancias deben chocar entre sí. El calor les proporciona más energía para moverse y, por tanto, aumenta la probabilidad de colisión. Además, cuando las partículas chocan, la probabilidad de que reaccionen aumenta cuanto más rápidamente se muevan. El enfriamiento tiene el efecto contrario. Por ejemplo, cuando se mezclan el tiosulfato de sodio y el ácido clorhídrico diluido, la mezcla se enturbia a medida que precipita azufre sólido. Si se calienta la mezcla, ésta se enturbia más rápidamente. Si se enfría, tarda más en aparecer la turbidez.

Si se aumenta la concentración de los reactivos (cantidad disuelta en un volumen de disolución) el efecto puede ser similar al de calentar porque, cuantas más partículas haya presentes, más probable es una colisión y, por tanto, mayor la velocidad de la reacción.

El tamaño de las partículas también afecta a la velocidad de reacción. Las virutas de mármol se disuelven en ácido clorhídrico más lentamente que la misma cantidad de mármol molido; esto se debe a que en el primer caso hay menor superficie expuesta al ataque del ácido.