19.3: Constante de Equilibrio
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La proteína dentro de (a) los glóbulos rojos que transporta oxígeno a las células y el dióxido de carbono a los pulmones es (b) hemoglobina. La hemoglobina se compone de cuatro subunidades simétricas y cuatro grupos hemo. El hierro asociado con el hemo se une al oxígeno. Es el hierro en la hemoglobina el que le da a la sangre su color rojo. (CC_BY Openstax)
En los casos de intoxicación por monóxido de carbono,\(\ce{CO}\) se une mucho más fuertemente a la hemoglobina, bloqueando la unión de oxígeno y disminuyendo la cantidad de oxígeno que llega a las células. El tratamiento consiste en que el paciente respire oxígeno puro para desplazar el monóxido de carbono. La reacción de equilibrio que se muestra a continuación ilustra el desplazamiento hacia la derecha cuando se agrega oxígeno en exceso al sistema:
\[\ce{Hb(CO)_4} \left( aq \right) + 4 \ce{O_2} \left( g \right) \rightleftharpoons \ce{Hb(O_2)_4} \left( aq \right) + 4 \ce{CO} \left( g \right)\nonumber \]
Constante de Equilibrio
Considerar la hipotética reacción reversible en la que\(\ce{B}\) reaccionan\(\ce{A}\) y reaccionan para formar productos\(\ce{C}\) y\(\ce{D}\). Este equilibrio se puede mostrar como se demuestra a continuación, donde las letras minúsculas representan los coeficientes de cada sustancia.
\[a \ce{A} + b \ce{B} \rightleftharpoons c \ce{C} + d \ce{D}\nonumber \]
Como hemos establecido, las tasas de las reacciones directa e inversa son las mismas en equilibrio, por lo que las concentraciones de todas las sustancias son constantes. Dado que ese es el caso, es lógico pensar que una relación de las concentraciones para cualquier reacción dada en equilibrio mantiene un valor constante. La constante de equilibrio\(\left( K_\text{eq} \right)\) es la relación del producto matemático de las concentraciones de los productos de una reacción al producto matemático de las concentraciones de los reactivos de la reacción. Cada concentración se eleva a la potencia de su coeficiente en la ecuación química equilibrada. Para la reacción general anterior, la expresión constante de equilibrio se escribe de la siguiente manera:
\[K_\text{eq} = \frac{\left[ \ce{C} \right]^c \left[ \ce{D} \right]^d}{\left[ \ce{A} \right]^a \left[ \ce{B} \right]^b}\nonumber \]
Las concentraciones de cada sustancia, indicadas por corchetes alrededor de la fórmula, se miden en unidades de molaridad\(\left( \text{mol/L} \right)\).
El valor de la constante de equilibrio para cualquier reacción sólo se determina mediante experimento. Como se detalla en el apartado anterior, la posición de equilibrio para una reacción dada no depende de las concentraciones iniciales, por lo que el valor de la constante de equilibrio es verdaderamente constante. Sin embargo, depende de la temperatura de la reacción. Esto se debe a que el equilibrio se define como una condición resultante de que las tasas de reacciones hacia adelante y hacia atrás sean iguales. Si la temperatura cambia, el cambio correspondiente en esas velocidades de reacción alterará la constante de equilibrio. Para cualquier reacción en la que\(K_\text{eq}\) se dé a, se deberá especificar la temperatura.