EQUILIBRIO Químico ►LEY DE ACCIÓN DE MASAS (Introducción)

Equilibrio Químico: Introducción y Ley de Acción de Masas

Key Concepts: Reacciones reversibles, equilibrio dinámico, velocidad directa e inversa, ley de acción de masas, constante de equilibrio (K subc), equilibrios homogéneos.

Reacciones Irreversibles vs. Reversibles

• Reacciones Irreversibles: Se definen como aquellas donde los reactivos se transforman en productos y la reacción no se revierte. Se representan con una sola flecha (→). Los coeficientes estequiométricos (a, b, c, d) ajustan la reacción.
• Reacciones Reversibles (Equilibrios): Se representan con una doble flecha (⇌), indicando que los reactivos forman productos y, simultáneamente, los productos reaccionan para formar reactivos.

Equilibrio Dinámico

• Si se parte de reactivos A y B, la reacción se desplaza hacia la derecha formando productos C y D. A medida que C y D se forman, también reaccionan entre sí para regenerar A y B.
• Se alcanza un punto de equilibrio cuando la velocidad de formación de C y D es igual a su velocidad de consumo. En este punto, la reacción parece detenerse, pero a nivel microscópico, la formación y el consumo continúan a la misma velocidad.
• Este estado se denomina equilibrio dinámico, donde la reacción no se detiene, sino que las velocidades de reacción directa e inversa se igualan.

Velocidades de Reacción Directa e Inversa

• Reacción Directa: A + B → C + D. La velocidad directa se define como: Velocidad directa = K directa [A]^a [B]^b, donde K directa es la constante de velocidad directa. Si la reacción es elemental (sin intermedios), los exponentes son los coeficientes estequiométricos (a y b). Si hubiera intermedios, se usarían órdenes parciales (alfa y beta).
• Reacción Inversa: C + D → A + B. La velocidad inversa se define como: Velocidad inversa = K inversa [C]^c [D]^d, donde K inversa es la constante de velocidad inversa.

Ley de Acción de Masas

• En el equilibrio, la velocidad directa es igual a la velocidad inversa: K directa [A]^a [B]^b = K inversa [C]^c [D]^d.
• Reorganizando la ecuación, se obtiene la ley de acción de masas: K directa / K inversa = [C]^c [D]^d / [A]^a [B]^b = K subc (constante de equilibrio).
• La ley de acción de masas establece que, en el equilibrio, la relación entre las concentraciones de productos y reactivos, elevadas a sus respectivos coeficientes estequiométricos, es constante a una temperatura dada.

Representación Gráfica del Equilibrio

• La velocidad inversa comienza en cero (inicialmente no hay productos) y aumenta a medida que se forman C y D, hasta alcanzar el equilibrio.
• La velocidad directa comienza alta (inicialmente hay muchos reactivos) y disminuye a medida que se consumen A y B, hasta alcanzar el equilibrio.
• En el punto de equilibrio, las velocidades directa e inversa se igualan.

Consideraciones para la Ley de Acción de Masas

1. Adimensionalidad de K subc: La constante de equilibrio (K subc) se considera adimensional (sin unidades).
2. Unidades de Concentración: Las concentraciones de reactivos y productos (A, B, C, D) se miden en moles por litro (mol/L).
3. Estado Físico: A, B, C y D deben estar en estado gaseoso o en disolución (equilibrio homogéneo). Líquidos y sólidos no se incluyen directamente en la expresión de K subc. Si un reactivo o producto es líquido o sólido, su concentración se considera constante y se incluye en el valor de K subc.

Conclusión

El equilibrio químico es un estado dinámico donde las velocidades de las reacciones directa e inversa se igualan. La ley de acción de masas describe la relación entre las concentraciones de reactivos y productos en el equilibrio, y la constante de equilibrio (K subc) proporciona una medida cuantitativa de la posición del equilibrio. Es crucial considerar el estado físico de las sustancias involucradas, ya que solo las especies en estado gaseoso o en disolución se incluyen explícitamente en la expresión de K subc.