constante de equilibrio

definición de constante de equilibrio

una constante de equilibrio, Keq, es una variable que describe la tendencia de una reacción química a proceder a su finalización, lo que significa que todos los reactivos se convierten en productos. El equilibrio de una reacción es el punto en el que la conversión de reactivos en productos es igual a la conversión de productos en reactivos.,

vista general de la constante de equilibrio

una constante de equilibrio grande significa que la reacción procede en la dirección hacia adelante, desde los reactivos a los productos, hasta que casi todos los reactivos se han convertido en productos. Una pequeña constante de equilibrio, o cuando Keq es menor que uno, significa que la reacción química favorecerá a los reactivos y la reacción procederá en la dirección opuesta. Una constante de equilibrio de 1 indica que los reactivos y los productos serán iguales cuando la reacción alcance el equilibrio.,

Los científicos utilizan la constante de equilibrio de una ecuación para comprender mejor qué tan rápido se alcanzará el equilibrio, y si el equilibrio favorecerá a los reactivos o productos. La constante se puede calcular utilizando la relación de productos a reactivos cuando la ecuación ha alcanzado el equilibrio. La constante de equilibrio es a menudo representada por la variable Keq, que se define por la expresión constante de equilibrio que se ve a continuación.,

expresión constante de equilibrio para una reacción

la expresión constante de equilibrio describe la concentración de productos dividida por la concentración de reactivos cuando la reacción alcanza el equilibrio. Esta expresión se puede ver a continuación.

En la reacción: aA + bB <=> cC + dD

Cada término describe la concentración de un reactivo o producto en la reacción donde los productos químicos a y B se combinan para producir los productos C y D., Las letras minúsculas indican el número de lunares de cada sustancia química. Los corchetes alrededor de una letra, , indican la concentración de cada sustancia química, y el subíndice denota que la constante de equilibrio está determinada por la concentración de cada molécula en equilibrio.

J. Willard Gibbs, un famoso científico que estudió la energía presente en las reacciones, mostró que la constante de equilibrio estaba directamente relacionada con la cantidad de cambio de energía libre que ocurre durante una reacción, denotada ∆G., Gibbs mostró que cada reacción tiene un cambio estándar de energía libre, O G G°. Mientras que el cambio total de energía libre de cada reacción también se rige por las concentraciones iniciales de productos químicos, la energía libre estándar se calcula con la ecuación siguiente, utilizando la constante de equilibrio de la ecuación.

G G ° = – Rtln (Keq)

esta ecuación muestra que el cambio de energía libre estándar es simplemente otra forma de describir las fuerzas impulsoras de una reacción, y de qué manera procederán., Mientras que la constante de equilibrio nos dice si tendremos más reactivo o productos al final de una reacción, no indica qué tan rápido tendría lugar esta reacción. Esto se conoce como la constante de velocidad y se denota por una minúscula k. La constante de velocidad está relacionada con una variedad de otras ecuaciones relacionadas con la velocidad a la que las reacciones ocurren. La constante de equilibrio es importante para una serie de reacciones biológicas, como se ve en los ejemplos a continuación.

ejemplos de constante de equilibrio

ionización del agua

El agua es la base para toda la vida en la Tierra., Una de las principales razones por las que el agua es un solvente tan bueno es su capacidad para formar enlaces de hidrógeno tanto con él mismo como con moléculas que no son de agua. Esta capacidad no solo permite que el agua se disuelva y difunda solutos, sino que también permite que el agua lleve una corriente eléctrica. Cuando el agua, H2O, forma enlaces de hidrógeno, el hidrógeno se separa del oxígeno y la molécula se disocia en un ion hidrógeno (H+) y un ion hidróxido (OH–).

los protones de hidrógeno individuales rara vez existen libremente en solución, e inmediatamente forman un enlace con la molécula de agua a la que se unió el hidrógeno., Esto forma un ion hidronio, o H3O+. La constante de equilibrio para esta reacción es, por lo tanto, la concentración de iones de hidrógeno e iones de hidróxido, dividida por la concentración de moléculas de agua normales, como se ve a continuación.

La constante de equilibrio de esta reacción puede ser medido por la conductividad eléctrica del agua, la cual es determinada por la concentración de (H3O+)., Los iones de hidronio pasan una señal eléctrica en forma de transferencia de electrones, que puede ser medida por equipos eléctricos sensibles. Por lo tanto, la constante de equilibrio del agua ha sido medida por equipos eléctricos sensibles para ser 1.8 x 10-16, lo que significa que el agua tiene una probabilidad mucho mayor de ser el reactivo H2O, en lugar de convertirse en el ion hidronio. El proceso se puede ver en la imagen de abajo.,

Cells, Free Energy, and the Equilibrium Constant

aunque la constante de equilibrio se mide cuando una reacción está no significa que todas las reacciones puedan proceder al equilibrio. En la célula, muchas reacciones se reabastecen constantemente con varios productos químicos, lo que mantiene las reacciones de las células lejos del equilibrio. La constante de equilibrio, sin embargo, describe la tendencia de estos reactivos a formar productos., Algunas reacciones son exergónicas, lo que significa que liberan energía cuando ocurren. Estas reacciones tienen una constante de equilibrio alta, describiendo su tendencia a convertirse en productos.

también se puede decir que estas reacciones tienen un cambio positivo en la energía libre, lo que significa que emiten energía a las reacciones a su alrededor. Otras reacciones importantes son endergónicas, lo que significa que requieren energía para tener lugar. Estas reacciones tienen una constante de equilibrio baja, describiendo su tendencia a permanecer como reactantes. Las células acoplan estas reacciones para permitir que las reacciones endergónicas tengan lugar., Esto se puede ver en muchas reacciones celulares típicas que utilizan la constante de alto equilibrio de ATP que se convierte en ADP para impulsar reacciones endergónicas, como la formación de proteínas o ácidos grasos.