Cociente de Reacción

El estado de una reacción reversible se verifica convenientemente evaluando su cociente de reacción (Q). Para una reacción reversible descrita por mA + nB ⇌ xC + yD, el cociente de reacción se deriva directamente de la estequiometría de la ecuación balanceada como

donde el subíndice c denota el uso de concentraciones molares en la expresión. Si los reactivos y los productos son gaseosos, un cociente de reacción puede obtenerse de forma similar utilizando presiones parciales:

Tenga en cuenta que las ecuaciones de cociente de reacción anteriores son una simplificación de expresiones más rigurosas que utilizan valores relativos para concentraciones y presiones en lugar de valores absolutos. Estos valores relativos de concentración y presión no tienen dimensiones (no tienen unidades); por consiguiente, tampoco los cociente de reacción.

El valor numérico de Q varía a medida que una reacción avanza hacia el equilibrio; por lo tanto, puede servir como indicador útil del estado de la reacción. Para ilustrar este punto, considere la oxidación del dióxido de azufre:

Aquí son posibles dos escenarios experimentales diferentes, uno en el que esta reacción se inicia solamente con una mezcla de reactivos, SO₂ y O₂, y otro que comienza solamente con un producto, SO₃. Para la reacción que comienza solamente con una mezcla de reactivos, Q es inicialmente igual a cero:

A medida que la reacción avanza hacia el equilibrio en la dirección de avance, las concentraciones de los reactivos disminuyen (al igual que el denominador del Q_c), la concentración del producto aumenta (al igual que el numerador del Q_c) y el cociente de reacción aumenta consecuentemente. Cuando se alcanza el equilibrio, las concentraciones de los reactivos y del producto permanecen constantes, al igual que el valor del Q_c.

Si la reacción comienza sólo con el producto presente, el valor de Q_c no está definido inicialmente (inmensurablemente grande o infinito):

En este caso, la reacción avanza hacia el equilibrio en la dirección inversa. La concentración del producto y el numerador del Q_c disminuyen con el tiempo, las concentraciones de reactivos y el denominador del Q_c aumentan, y el cociente de reacción disminuye consecuentemente hasta que se vuelve constante en equilibrio. El valor constante de Q mostrado por un sistema en equilibrio se denomina constante de equilibrio, K:

Evaluando un cociente de reacción

El dióxido de nitrógeno gaseoso forma tetróxido de dinitrógeno de acuerdo con la siguiente ecuación:

Cuando se añaden 0,10 mol de NO₂ a un matraz de 1,0 l a 25 °C, la concentración cambia de modo que, en equilibrio, [NO₂] = 0,016 M y [N₂O₄] = 0,042 M. Antes de la formación de cualquier producto, [NO₂] = 0,10 M y [N₂O₄] = 0 M.

En equilibrio,

Este texto ha sido adaptado de Openstax, Química 2e, Sección 13.2 Las Constantes de Equilibrio.