Rodrigo Ricardo

Equilibrio dinámico: definición, función y ejemplos

Publicado el 7 septiembre, 2020

Equilibrio dinámico

¿Alguna vez se ha quedado atascado en el tráfico en un puente entre dos ciudades y ha notado que el tráfico en la otra dirección fluía suavemente mientras su lado estaba parado? Es un fastidio. ¿Y si el tráfico fluyera suavemente en ambos lados? Mejor aún, ¿qué pasaría si el tráfico fluyera al mismo ritmo en ambas direcciones, provocando que la cantidad de automóviles en ambas ciudades permaneciera constante? Bueno, cuando la tasa de automóviles que entran y salen de ambas ciudades es la misma, y ​​el número neto de automóviles en cada ciudad es constante en el tiempo, todo el proceso se encuentra en un equilibrio dinámico .

El equilibrio se produce cuando una reacción reversible, una reacción que procede en ambas direcciones, tiene una proporción invariable de productos y reactivos. El panorama general del equilibrio químico es estático, ya que la concentración de productos y reactivos es constante. Sin embargo, una mirada más cercana revela que el equilibrio es en realidad un proceso muy dinámico, ya que la reacción se mueve en ambas direcciones al mismo ritmo.

El equilibrio dinámico es un ejemplo de una función de estado estacionario . Para un sistema en un estado estable, el comportamiento observado actualmente continúa en el futuro. Por lo tanto, una vez que una reacción ha alcanzado el equilibrio, la relación entre las concentraciones de producto y reactivo seguirá siendo la misma incluso mientras la reacción continúa.

La expresión constante de equilibrio

Podemos expresar la relación entre las concentraciones de producto y reactivo en equilibrio para cualquier reacción reversible. El valor de esta relación está representado por la letra mayúscula K, la constante de equilibrio.

Ésta es la expresión constante de equilibrio donde los reactivos A y B producen los productos C y D.

Ecuación de equilibrio

Expresión constante de equilibrio

En la expresión constante de equilibrio, las concentraciones de producto (C y D mayúsculas) se elevan a un exponente basado en sus coeficientes de la ecuación química balanceada (cyd minúsculas) y se dividen por las concentraciones de reactivo (A y B), que también son elevado a un exponente basado en sus coeficientes de la ecuación química balanceada (minúsculas ayb).

Veamos un ejemplo de una expresión constante de equilibrio. Aquí está la reacción reversible entre gas hidrógeno y gas nitrógeno para formar gas amoniaco.

Ecuación 2

Ejemplo de expresión constante de equilibrio

Aquí, la concentración del producto de amoníaco (NHsub3) se eleva al exponente 2, su coeficiente de la ecuación química balanceada. Luego se divide por los reactivos gas hidrógeno (Hsub2) y gas nitrógeno (Nsub2), que también se elevan a exponentes basados ​​en sus coeficientes de la ecuación balanceada (3 y 1, respectivamente).

Reacciones que involucran sólidos y líquidos puros

Dado que la concentración de líquidos y sólidos puros no cambia, tales compuestos no afectan el equilibrio de la reacción y, por lo tanto, no se incluyen en la expresión constante de equilibrio.

Con esto en mente, echemos un vistazo a la reacción reversible entre el gas hidrógeno y el gas oxígeno para formar agua líquida.

Formación de agua

Expresión de equilibrio para la formación de agua

Aquí, el número 1 se usa como marcador de posición en el numerador de la expresión de equilibrio, ya que el único producto está en estado líquido y no necesita incluirse en la expresión de la constante de equilibrio.

Cálculos de equilibrio

Si conocemos la expresión de la constante de equilibrio para una reacción, podemos usarla para calcular las concentraciones de equilibrio de cualquier especie en la reacción o para encontrar la constante de equilibrio en sí.

Por ejemplo, digamos que configuramos la reacción modelada por la ecuación del gas amoniaco y la dejamos funcionar hasta que se alcanza el equilibrio. En equilibrio, observamos que las concentraciones invariables de especies en la reacción son NHsub3 1,5 M, Hsub2 1,0 M y Nsub2 0,5 M. Sustituyendo estos valores en la expresión de equilibrio de la reacción, podemos encontrar la constante de equilibrio, K, como se muestra en la pantalla.

Ejemplo de cálculo de K

Resumen de la lección

En general, el equilibrio dinámico es un estado estable que se alcanza cuando una reacción reversible ocurre a la misma velocidad en ambas direcciones y tiene una proporción invariable de productos y reactivos. La constante de equilibrio, K, de una reacción es la relación entre el producto y las concentraciones de reactivo, según lo define la ecuación química equilibrada. Usando la expresión de la constante de equilibrio, K se puede calcular o usar para determinar las concentraciones de equilibrio. ¡Si tan solo el tráfico de la mañana pudiera equilibrarse de la misma manera!

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