Constante de equilibrio

En el equilibrio las concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes en determinadas condiciones de presión y temperatura. A la relación que hay entre estas concentraciones, expresadas en molaridad [mol/L], se le llama constante de equilibrio.

El valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del sistema, por lo que siempre tiene que especificarse. Así, para una reacción reversible, se puede generalizar:

aA   +   bB             cC   +   dD

                                              [C]^c [D]^d

                                   K_eq =  ▬▬▬▬     

                                              [A]^a [B]^b

En esta ecuación K_eq es la constante de equilibrio para la reacción a una temperatura dada.Ésta es una expresión matemática de la ley de acción de masas que establece: para una reacción reversible en equilibrio y a una temperatura constante, una relación determinada de concentraciones de reactivos y productos tiene un valor constante K_eq.

En el equilibrio, las concentraciones de los reactivos y productos pueden variar, pero el valor de  K_eq permanece constante si la temperatura no cambia.

De esta manera, el valor de la constante de equilibrio a una cierta temperatura nos sirve para predecir el sentido en el que se favorece una reacción, hacia los reactivos o hacia los productos, por tratarse de una reacción reversible.

Un valor de K_eq > 1, indica que el numerador de la ecuación es mayor que el denominador, lo que quiere decir que la concentración de productos es más grande, por lo tanto la reacción se  favorece hacia la formación de productos. Por el contrario, un valor de K_eq < 1, el denominador es mayor que el numerador, la concentración de reactivos es más grande, así, la reacción se favorece hacia los reactivos.

Conocer el valor de las constantes de equilibrio  es muy importante en la industria, ya que a partir de ellas se pueden establecer las condiciones óptimas para un proceso determinado y obtener con la mayor eficiencia el producto de interés.

Cuando todos los reactivos y productos están en disolución, la constante de equilibrio se expresa en concentración molar [moles/L]. Si se encuentran en fase gaseosa es más conveniente utilizar presiones parciales (P). Los sólidos y los líquidos puros no intervienen en la constante, por considerar que su concentración permanece constante. Generalmente al valor de la constante no se le ponen unidades.

                                              [C]^c [D]^d

                         K_eq =  K_c =    ▬▬▬▬

                                              [A]^a [B]^b

                                              (P_c)^c (P_d)^d

                         K_eq =  K_p =    ▬▬▬▬

                                              (P_a)^a (P_b)^b

EJEMPLO: Una mezcla de hidrógeno y nitrógeno reaccionan hasta alcanzar el equilibrio a 472⁰C. Al analizar la mezcla de gases en el equilibrio se encuentra que la presión ejercida por el hidrógeno es 7.38 atm, la del nitrógeno es 2.46 atm y la del amoniaco 0.166 atm. Calcular el valor de la constante de equilibrio de acuerdo a la siguiente reacción:

N_2(g)   +   3H_2(g)        2NH_3(g)

                                                   (P_c)^c (P_d)^d

                               K_eq =  K_p =   ▬▬▬▬

                                                   (P_a)^a (P_b)^b

                                                      (NH₃)²              (0.166)²

                               K_eq =  K_p =   ▬▬▬▬   =   ▬▬▬▬▬▬

                                                    (N₂) (H₂)³       (2.46) (7.38)³

                                

                               K_eq =  K_p =   2.79 x 10^-5

Como el valor de K < 1, a 472 ⁰C la concentración de los reactivos es mayor.