El equilibrio dinámico es un concepto importante en química. Pero, ¿qué es exactamente el equilibrio dinámico? ¿Cómo puede algo ser dinámico pero también en equilibrio? Siga leyendo para conocer la mejor definición de equilibrio dinámico, ejemplos comunes de equilibrio dinámico y cómo el equilibrio dinámico y estático pueden parecer iguales pero, de hecho, son muy diferentes.
¿Qué es el equilibrio dinámico?
Las reacciones químicas pueden ocurrir en ambas direcciones (hacia adelante y hacia atrás) o solo en una dirección. Las que van en dos direcciones se conocen como reacciones reversibles, y puede identificarlos por las flechas que van en dos direcciones, como en el ejemplo a continuación.
H2O(l) ⇌ H+(aq) + OH–(ac)
El equilibrio dinámico solo ocurre en reacciones reversibles, y es cuando la velocidad de la reacción directa es igual a la velocidad de la reacción inversa. Estas ecuaciones son dinámicas porque las reacciones directa e inversa siguen ocurriendo, pero las dos velocidades son iguales y no cambian, por lo que también están en equilibrio.
El equilibrio dinámico es un ejemplo de un sistema en estado estacionario. Esto significa que las variables en la ecuación no cambian con el tiempo (ya que las velocidades de reacción son iguales). Si observa una reacción en equilibrio dinámico, parecerá que no sucede nada, ya que las concentraciones de cada sustancia se mantienen constantes. Sin embargo, las reacciones en realidad están ocurriendo continuamente.
Sin embargo, el equilibrio dinámico no solo ocurre en los laboratorios de química; ha sido testigo de un ejemplo de equilibrio dinámico cada vez que ha tomado un refresco. En una botella de refresco sellada, el dióxido de carbono está presente tanto en la fase líquida/acuosa como en la fase gaseosa (burbujas). Las dos fases del dióxido de carbono están en equilibrio dinámico dentro de la botella de refresco sellada, ya que el dióxido de carbono gaseoso se disuelve en forma líquida al mismo ritmo que la forma líquida de dióxido de carbono se convierte nuevamente en su forma gaseosa.
La ecuación se ve así: CO2(g) ⇌ CO2(ac).
Cambiar la temperatura, la presión o la concentración de una reacción puede cambiar el equilibrio de una ecuación y sacarla del equilibrio dinámico. Por eso, si abres una lata de refresco y la dejas afuera por mucho tiempo, eventualmente se volverá «plana» y no habrá más burbujas. Esto se debe a que la lata de refresco ya no es un sistema cerrado y el dióxido de carbono puede interactuar con la atmósfera. Esto lo saca del equilibrio dinámico y libera la forma gaseosa de dióxido de carbono hasta que no hay más burbujas.
Ejemplos de equilibrio dinámico
Cualquier reacción estará en equilibrio dinámico si es reversible y las velocidades de las reacciones directa e inversa son iguales. Por ejemplo, digamos que prepara una solución que está saturada con una solución acuosa de NaCl. Si luego agrega cristales sólidos de NaCl, el NaCl se disolverá y recristalizará simultáneamente dentro de la solución. La reacción, NaCl(s) ⇌ Na+(aq) + Cl–(aq), estará en equilibrio dinámico cuando la velocidad de disolución del NaCl sea igual a la velocidad de recristalización.
Otro ejemplo de equilibrio dinámico es NO2(g) + CO(g) ⇌ NO(g) + CO2(g) (nuevamente, siempre que las dos tasas sean iguales). Dioxido de nitrogeno (NO2) reacciona con monóxido de carbono (CO) para formar óxido de nitrógeno (NO) y dióxido de carbono (CO2) y, en la reacción inversa, el óxido de nitrógeno y el dióxido de carbono reaccionan para formar dióxido de nitrógeno y monóxido de carbono.
Si está observando una reacción, puede saber que no está en equilibrio dinámico si puede ver los cambios que ocurren en las cantidades de reactivos o productos. (Si no puede ver ningún cambio, eso no garantiza que esté en equilibrio dinámico, ya que puede estar en equilibrio estático o los cambios pueden ser demasiado pequeños para verlos a simple vista).
Un ejemplo de una ecuación que nunca podría estar en equilibrio dinámico es: 4 Fe(s) + 6 H2O(l) + 3O2 (g) → 4Fe(OH)3 (s). Esta es una ecuación para la formación de óxido. Podemos ver que nunca estará en equilibrio dinámico porque la flecha de la reacción solo va en una dirección (razón por la cual un automóvil oxidado no volverá a brillar por sí solo).
¡No hay equilibrio dinámico para este coche!
Equilibrio dinámico vs equilibrio estático
Si observa reacciones en equilibrio dinámico y reacciones en equilibrio estático, no se producirán cambios visibles y parecerá que no ocurre nada. Sin embargo, las reacciones en el equilibrio estático son en realidad muy diferentes de las del equilibrio dinámico.
El equilibrio estático (también conocido como equilibrio mecánico) es cuando la reacción se detiene y no hay ningún movimiento entre los reactivos y los productos. La reacción se completa y las velocidades de reacción directa e inversa son ambas 0.
Mientras que las reacciones en equilibrio dinámico son reversibles (pueden proceder en cualquier dirección), aquellas en equilibrio estático son irreversibles y solo pueden proceder en una dirección. Sin embargo, tanto el equilibrio dinámico como el equilibrio estático son ejemplos de sistemas en estado estacionario, en el que la acción de la fuerza neta sobre los sistemas es cero.
A continuación se muestra un gráfico que muestra las diferencias clave entre el equilibrio dinámico y el estático.
Equilibrio dinámico
Equilibrio estático
Reversible
Irreversible
La reacción todavía está ocurriendo.
La reacción se ha detenido
Tasa de reacción directa = tasa de reacción inversa
Ambas velocidades de reacción son cero.
Ocurre en un sistema cerrado.
Puede ocurrir en un sistema abierto o cerrado.
¿Cómo se relaciona el equilibrio dinámico con las constantes de velocidad?
Cuando una reacción está en equilibrio dinámico, la reacción tendrá una constante de velocidad específica, conocida como constante de equilibrio, o Keq.
La constante de equilibrio, o constante de velocidad, es un coeficiente que muestra el cociente de reacción (o las cantidades relativas de productos y reactivos en la reacción en un momento dado) cuando la reacción está en equilibrio. El valor de la constante de equilibrio te dirá las cantidades relativas de producto y reactivo en el equilibrio.
Si Keq es >1000, en el equilibrio habrá principalmente producto.
Si Keq está entre 0,001 y 1000, en el equilibrio habrá una cantidad significativa tanto de producto como de reactivo.
Si Keq es <.001, en el equilibrio habrá principalmente reactivo.
para la reacción aun + BB⇌Cdo+DD, A y B representan los reactivos y C y D representan los productos.
La ecuación de la constante de equilibrio es Keq=[C]C[D]D/[A]a[B]B.
Ejemplo
Tome la reacción N2(g)+O2(g)⇋2NO(g).
Usando la ecuación para la constante de equilibrio, Keq es igual a [NO]2 /[N2][O2]. Dejaría la ecuación así o, si le dan concentraciones de equilibrio/la constante de equilibrio, puede reemplazarlas para encontrar los valores faltantes.
Digamos que conocemos las concentraciones de ambos [N2] y [O2]=.15 M y la concentración de [NO] es 1,1 m
Conectar esos valores le daría: Keq= (1.1)2/(.15)(.15) o 1.21/.0225.
Puedes resolver y encontrar que Keq=53.8.
Ya que Keq está entre .001 y 1000, habrá una cantidad significativa de NO, O2, y N2 en equilibrio.
Resumen: ¿Qué es el equilibrio dinámico?
¿Cuál es la mejor definición de equilibrio dinámico? El equilibrio dinámico ocurre cuando, para una reacción reversible, la velocidad de la reacción directa es igual a la velocidad de la reacción inversa. Dado que las dos velocidades son iguales, parece que no pasa nada, pero en realidad la reacción ocurre continuamente a su velocidad estable.
Por el contrario, las reacciones en equilibrio estable están completas y no se produce ninguna reacción adicional.
La ecuación de la constante de equilibrio es Keq=[C]C[D]D/[A]a[B]B.
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