EQUILIBRIO QUÍMICO

Los cambios de energía de Gibbs también se pueden utilizar para predecir el sentido de las reacciones químicas.

Examinemos primero el tipo de reacciones químicas que se pueden presentar.

Reacciones irreversibles: son aquellas en las que los reactantes se convierten completamente en productos:

Las reacciones irreversibles pueden ser exergónicas o endergónicas:

Reacción exergónica (espontánea). Se realiza a expensas de la propia energía de los reactantes.

Reacción endergónica (no espontánea). Requiere energía externa para realizarse.

Reacciones reversibles: son aquellas en las que no se alcanza la conversión total de reactantes en productos.

La reacción alcanza un estado de equilibrio dinámico en el que la velocidad de conversión de reactantes en productos es igual a la velocidad inversa, la transformación de productos en reactantes y la concentración de todas las especies que reaccionan son constantes.

En el equilibrio, ΔG = 0.

para la reacción:

de acuerdo con la ley de acción de masas:

V1 = k1 [A]a [B]b y V2 = k2 [C]c [D]d

en el equilibrio, se igualan las velocidades: V1 = V2

k1 [A]a [B]b = k2 [C]c [D]d

Keq = k1/ k2

donde Keq es la constante de equilibrio.

La constante de equilibrio es igual a la relación de las concentraciones de los productos entre las concentraciones de los reactantes en el equilibrio.

El cálculo del cambio de energía libre (ΔG) de una reacción química, se obtiene como la diferencia de la energía libre de los productos menos la energía libre de los reactantes:

ΔG = ΣGprod - ΣGreact .............(1)

suponiendo que tanto los reactantes como los productos son gases en la reacción considerada y conociendo que para el Gas Ideal: G = Gº + nRT lnP.

Para cada sustancia reaccionante, tenemos: GA = GAº + aRT lnPA, GB = GBº + bRT ln PB, etc. Sustituyendo en la ecuación (1) y simplificando:

esta ecuación se utiliza para calcular el cambio de energía libre de una reacción fuera del equilibrio.

En el equilibrio: ΔG = 0, entonces:

esta ecuación relaciona el cambio de energía libre con la constante de equilibrio.

Propiedades de la constante de equilibrio:

  • Es válida sólo en reacciones en equilibrio.

  • Es un valor adimensional.

  • Sólo depende de la temperatura.

  • Su valor determina si la reacción está desplazada hacia los productos o hacia los reactivos.

Reacciones Acopladas

Una reacción endergónica (no espontánea) puede llevarse a cabo acoplándola con una reacción exergónica (espontánea):

A = C

B = D

A + B = C + D

ΔGº = 10 kcal /mol

ΔGº = - 30 kcal/mol

ΔGº = - 20 kcal /mol

Este tipo de reacciones son muy comunes en Bioquímica. La hidrólisis de la molécula energética Adenosín Trifosfato (ATP) con un ΔGº de -7.4 kcal/mol, proporciona la energía necesaria para impulsar un gran número de reacciones endergónicas del metabolismo de los seres vivos.