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624 CAPÍTULO 14 Equilibrio químico

l equilibrio es un estado en el que no se observan cambios conforme el tiempo transcurre.
ECuando una reacción química llega al estado de equilibrio, las concentraciones de reactivos
y productos permanecen constantes en el tiempo, sin que se produzcan cambios visibles en el
sistema. Sin embargo, a nivel molecular existe una gran actividad debido a que las moléculas de
reactivos siguen formando moléculas de productos, y éstas a su vez reaccionan para formar molé-
culas de reactivos. El objetivo de este capítulo es el estudio de tales procesos dinámicos. Aquí
describimos diferentes tipos de reacciones en equilibrio, el signifi cado de la constante de equilibrio
y su relación con la constante de rapidez, así como los factores que pueden modifi car un sistema
en equilibrio.

14.1 El concepto de equilibrio y la constante
de equilibrio

Pocas reacciones químicas se dan en una sola dirección. La mayoría son reversibles, al
menos en cierto grado. Al inicio de un proceso reversible , la reacción lleva a la formación
de productos. Tan pronto como se forman algunas moléculas de producto , comienza el
proceso inverso: estas moléculas reaccionan y forman moléculas de reactivo . El equilibrio
Animación
Equilibrio químico químico se alcanza cuando las rapideces de las reacciones en un sentido y en otro se
igualan, y las concentraciones de los reactivos y productos permanecen constantes.
El equilibrio químico es un proceso dinámico. Se puede comparar con el movimien-
to de los esquiadores en un centro de esquí repleto de personas, donde el número de es-
quiadores que suben a la montaña por el teleférico es igual al número de esquiadores que
bajan deslizándose. Aunque hay un acarreo constante de esquiadores, la cantidad de per-
sonas que hay en la cima y la que está en la base de la ladera no cambia.
Cabe señalar que en el equilibrio químico participan distintas sustancias, como reac-
tivos y productos. El equilibrio entre dos fases de la misma sustancia se denomina equi-
librio físico porque los cambios que suceden son procesos físicos. La evaporación de agua
en un recipiente cerrado a una temperatura determinada es un ejemplo de equilibrio físico .
En este caso, el número de moléculas de H 2 O que dejan la fase líquida y las que vuelven
a ella es el mismo:
h 6
6 g
H 2 O(l) Δ H 2 O(g)

(En el capítulo 4 se mostró que la doble fl echa representa una reacción reversible.)
Agua líquida en equilibrio con su Aunque el estudio del equilibrio físico da información útil, como la presión de vapor
vapor en un sistema cerrado a
de equilibrio (vea la sección 11.8), los químicos tienen un interés especial por los proce-
temperatura ambiente.
sos químicos en equilibrio , como la reacción reversible entre el dióxido de nitrógeno (NO 2 )
y el tetróxido de dinitrógeno (N 2 O 4 ) (fi gura 14.1). El avance de esta reacción

N 2 O 4 (g) Δ 2NO 2 (g)

puede seguirse con facilidad, ya que el N 2 O 4 es un gas incoloro, en tanto que el NO 2
tiene un color café oscuro que a veces es visible en el aire contaminado. Suponga que se
Gases de NO 2 y N 2 O 4 en inyecta N 2 O 4 en un matraz al vacío. El color café que aparece de inmediato indica que se
equilibrio.
han formado moléculas de NO 2 . El color se vuelve más intenso a medida que se disocia
más N 2 O 4 hasta que se logra el equilibrio. Más allá de este punto no hay cambios eviden-
tes de color porque las concentraciones de N 2 O 4 y NO 2 permanecen constantes. También
es posible alcanzar un estado de equilibrio partiendo de NO 2 puro. En la medida que al-
gunas moléculas de NO 2 se combinan para formar N 2 O 4 , el color se desvanece. Otra
forma de crear un estado de equilibrio es comenzar con una mezcla de NO 2 y N 2 O 4 y
seguir el curso de la reacción hasta que el color ya no cambie. Estos estudios demuestran
que la reacción anterior sí es reversible, ya que un componente puro (N 2 O 4 o NO 2 ) reac-