DINÁMICA MOLECULAR EN UN ENTORNO CONSTANTE.
El Autor.
Estudio de la estructura, composición y propiedades de la materia.
La química es la maravillosa ciencia que estudia los cambios a los que está expuesta la materia, estos cambios a los cuales se hace referencia se desarrollan a escalas micrométricas, aunque la mayoría de las veces podamos solo evidenciarlos en escalas más perceptibles al ojo humano.
Es muy común que la mayoría de los procesos a los que estamos familiarizados o de forma directa o indirecta involucrados, ya sea a nivel industrial, natural, o biológico, se mantengan variando, sin embargo, en muchos de los casos existe una especie de equilibrio en el transcurso de un tiempo pertinente, la química no escapa de esta realidad y he aquí donde entra el concepto de equilibrio químico el cual podemos definir como aquel estado donde las reacciones o fenómenos químicos que puedan estarse llevando a cabo en un determinado sistema alcanzan en cierto punto una estabilidad sostenible y constante en un intervalo de tiempo determinado. El equilibrio químico no es más que aquel estado en el cual dentro de un sistema químico se mantienen constantes las concentraciones de los reactivos y los productos a lo largo del tiempo. Sin embargo, hemos de destacar que como en toda reacción siempre se mantiene una dinámica interna de los componentes involucrados sin que dicha dinámica altere el equilibrio del sistema, por lo menos no por razones naturales de la propia reacción, este equilibrio puede verse afectado por factores externos los cuales mencionaremos más adelantes.
En este orden de ideas es importante señalar que en la intimidad de una reacción química encontramos como punto de partida los reactivos iniciales (reactivos: A, B) los cuales se ven sometidos a un proceso reactivo el cual trae como consecuencia la formación de los productos de reacción (productos: C, D). Al inicio de la reacción las concentraciones de los reactivos representan el total de las concentraciones de reacción, a medida que se lleva a cabo el proceso de formación de productos las concentraciones de los mismos se equilibran de manera contante a través del tiempo y las velocidades de reacción en ambos sentidos se igualan, cuando se llega a este punto puede decirse que se alcanza en equilibrio químico.
Fuente: el Autor. concentración de reactivos y productos a lo largo del tiempo.
Representaremos lo antes expuesto, según el siguiente diagrama de reacción:
a A + b B ↔ c C + d D
Donde, A; B; C; D…. Representan cada una de las especies químicas involucradas, y: a, b, c, d…. representan los coeficientes estequiométricos de cada uno de las especies intervinientes. Este es un diagrama de una reacción reversible, la doble flecha presente en el diagrama simboliza la reversibilidad de la reacción.
La mayoría de las reacciones químicas son de carácter reversible, por ende, el equilibrio puede desplazarse de un punto del sistema a otro, habiendo variaciones en las concentraciones de los elementos presentes. Dicho desplazamiento del equilibrio puede estar ligado a la influencia de los factores como temperatura, volumen y presión. Este fenómeno se enmarca en el fundamento del principio de Le Châtelier, principio determinado por el químico francés Henri- Louis Le Châtelier, el cual establece que: Si un sistema químico que en principio esté en equilibrio experimenta un cambio en la concentración, en la temperatura, en el volumen o en la presión parcial, variará para contrarrestar ese cambio.
El equilibrio químico de una reacción o de un sistema puede cuantificarse o de alguna forma medirse por la llamada constante de equilibrio, la cual es la magnitud que describe este fenómeno, esta viene representada en la mayoría de los casos por la letra K, y no es más que la relación existente entre las concentraciones de los productos y las concentraciones de los reactivos involucrados en la reacción, dichas concentraciones vienen expresadas en moles/litros, unidades conocidas en nociones de la química como unidades de Molaridad las cuales son representadas por la letra M. la constante de equilibrio se ve íntimamente afectada por la temperatura de la reacción o sistema, por ende, la misma siempre viene asociada y especificada a la temperatura de interés.
• La contante de equilibrio viene dada por:
a A + b B ↔ c C + d D
K = [C] ^c• [D] ^d/ [A] ^a• [B] ^b
• como se puede ver, la constante de equilibrio es una especie de razón entre las concentraciones Morales de los productos entre los reactivos involucrados en la reacción.
Para una representación del equilibrio químico en un caso más de la vida cotidiana se puede hacer referencia a:
Equilibrio Químico implícito en el método de contacto para la producción de ácido sulfúrico
Para la producción a nivel industrial de ácido sulfúrico existen diversos métodos entre ellos el de utilización de cámaras de plomos el cual ha ido con el tiempo disminuyendo en preferencia por ser un tanto costoso y ligeramente obsoleto, por tal motivo recientemente se introdujo a la industria química el método de contacto para la producción de ácido sulfúrico el cual resulta mucho más viable, practico y garantiza un producto más concentrado y de mayor calidad, el método de contacto fue patentado en 1831 por Peregrine Phillips.
El método de contacto se lleva a cabo en varias etapas, mediante un proceso de catálisis heterogénea, específicamente en la segunda etapa del proceso se da la producción de trióxido de azufre, SO3, a partir de SO2 con oxígeno molecular a través de una reacción exotérmica de carácter reversible, es decir, no se consumen los reactivos de forma total y no llega a formarse el producto de forma total, si no que se alcanza un equilibrio de formación en el sistema.
Fuente: El Autor. Los ensayos de laboratorio en su mayoría se fundamentan en reacciones que involucran equilibrio químico.
Que nos dice la constante de equilibrio.
Si K < 1, puede decirse que el equilibrio tiende a desplazarse hacia la izquierda y la reacción tiene un alto porcentaje de reversibilidad, Si K = 1, se trata de una reacción con un equilibrio en la tendencia de formación de productos y reactivos. Si por el contrario K > 1, nos encontramos enfrente de una reacción con una tendencia de desplazamiento hacia la derecha y, por ende, es una reacción con un alto rendimiento.
El equilibrio químico y la vida.
Adicional a la utilidad que tiene el conocimiento de la constante de equilibrio para aplicaciones en el área de la química, la misma representa una valiosa herramienta en otras áreas como por ejemplo para interese biológicos tales como el proceso de transporte del oxígeno en la sangre por medio de la hemoglobina, el equilibrios de alcalinidad y acidez en el organismo humano, y procesos biologicos y enzimaticos de determinadas baterias y oganismos.
Fuente: El Autor. Ensayo microbiologico del equilibrio enzimatico de coliformes por medio de la quimica de un sustrato definido.
CONCLUSIONES.
Entre las conclusiones más destacadas cabe mencionar:
El equilibrio químico juega un papel fundamental en cualquier sistema químico y también en la mayoría de los procesos biológicos.
Aunque el equilibrio químico se desarrolle de forma constante a través del tiempo, se mantiene la dinámica molecular en el sistema.
La constante de equilibrio cuantifica el equilibrio dentro del sistema en estudio.
Solo la temperatura tiene la capacidad de hacer variar la constante de equilibrio.
Según el principio de Le Chatelier, algunos factores externos interactúan con el equilibrio químico de un sistema, sin embargo el sistema se desplaza en función de equilibrarse a pesar dicha perturbación externa.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Y LECTURAS RECOMENDADAS
- Chang, Raymond (2003) Química general, 7ma Edición, Editorial McGraw-Hill.
