Imagina que tienes una caja llena de piezas de Lego. Coges un puñado y empiezas a unirlos, para construir una casa. Al cabo de un rato, te detienes y decides que construir un laboratorio químico sería mucho mejor. Entonces, empiezas a desmontar la casa, a separar los ladrillos y a devolverlos a la pila. Pronto vuelves a estar donde empezaste: frente a una gran caja de Lego, lista para ser convertida en otra creación y utilizada una y otra vez. No importa lo que construyas, siempre podrás desmontar la estructura cuando hayas terminado y hacer algo nuevo. Este es un ejemplo de reacción reversible.
Fig. 1: Podemos comparar los bloques de Lego con los reactivos de una reacción reversible.
- Este artículo trata sobre las reacciones reversibles, en química.
- Definiremos las reacciones reversibles e irreversibles y veremos cómo se representan.
- También, veremos qué son las reacciones irreversibles, para poder compararlas con las reversibles.
- Luego exploraremos algunos ejemplos de reacciones reversibles.
- Después, aprenderemos sobre las reacciones reversibles y el equilibrio; así podrás practicar la predicción del sentido de una reacción reversible.
Reacciones irreversibles
Aunque este artículo trate sobre reacciones reversibles, también es importante que definamos las reacciones irreversibles. Así sabrás identificar cuándo una reacción es reversible y cuándo es irreversible.
Una reacción irreversible es una reacción que se produce solamente en un sentido; es decir, los reactivos forman los productos y la reacción se termina.
Reacciones reversibles
Como vimos, algunas reacciones (las irreversibles) solo se producen en una dirección. En ese caso, los reactivos reaccionan para formar productos, y eso es todo: la reacción ha terminado. Pero, en otros casos, los productos pueden reaccionar para formar de nuevo los reactivos. A estas reacciones las llamamos reacciones reversibles.
¿Qué es una reacción química reversible?
Una reacción reversible es una reacción química en la que los reactivos forman productos que, a su vez, pueden reaccionar para formar de nuevo los reactivos.
Se puede considerar que una reacción reversible está formada por dos reacciones distintas:
- Reacción directa o hacia delante: cuando los reactivos reaccionan para hacer los productos.
- Reacción inversa o reacción hacia atrás: cuando los productos reaccionan para hacer los reactivos.
Utilizando nuestra analogía de Lego:
- Combinar las piezas es como la reacción hacia delante: Tomamos los reactivos (que son piezas de Lego) y los apilamos para construir nuestro producto (la casa).
- Desmontar la estructura es como la reacción hacia atrás. Tomamos el producto (la casa) y lo descomponemos en los reactivos (los ladrillos de Lego).
Estas dos reacciones se combinan para dar lugar a una reacción global reversible.
Símbolos de las reacciones reversibles
Ya sabemos que las reacciones reversibles se componen de dos reacciones separadas: la reacción hacia delante y la reacción hacia atrás. En lugar de escribir ambas reacciones por separado, podemos combinarlas, usando dos flechas de media punta para mostrar una reacción reversible: ⇌.
Veamos un ejemplo:
Los reactivos A y B reaccionan para formar el producto C; esta es la reacción hacia delante.
A continuación, C puede descomponerse para dar A y B de nuevo; esta es la reacción inversa.
Podemos representar esta reacción reversible usando dos ecuaciones separadas, o podemos combinarlas para dar una ecuación global:
Reacción directa:
$$A + B \rightarrow C$$
Reacción inversa:
$$C \rightarrow A+B$$
Reacción global:
$$A+B\rightleftharpoons C$$
Predicción de la dirección de una reacción reversible
Podemos utilizar nuestros conocimientos sobre las reacciones reversibles y los equilibrios para predecir el sentido de una reacción reversible y su efecto sobre la proporción de reactivos y productos. Se pueden dar varios casos:
- Si la velocidad de la reacción directa es mayor que la velocidad de la reacción inversa: más reactivos se convertirán en productos y habrá una producción neta de productos.
- Si la velocidad de la reacción inversa es mayor que la velocidad de la reacción directa: más productos se convertirán en reactivos y habrá una producción neta de reactivos.
- Si la velocidad de la reacción directa y la velocidad de la reacción inversa son iguales: el sistema está en equilibrio dinámico y no hay producción neta de productos ni de reactivos.
Equilibrio químico: reacciones reversibles
Si dejas las especies implicadas en una reacción reversible en un sistema cerrado durante un tiempo, al final ocurrirá algo particular.
- Si empiezas con cantidades elevadas de los reactivos, al principio verás que se produce mucha reacción directa; pero, a medida que produces más y más productos, la reacción inversa también comienza a ocurrir.
- Si empiezas con una gran cantidad de productos, ocurre lo contrario: al principio habrá mucha reacción inversa; pero, a medida que produces más y más reactivos, también se produce la reacción hacia delante.
Sin embargo, no importa por qué lado empieces: ya sea con muchos reactivos, o con muchos productos, al final llegarás a un punto de estabilidad.
El equilibrio dinámico es cuando la velocidad de la reacción hacia delante y la velocidad de la reacción hacia atrás es la misma, y las concentraciones de los reactivos y los productos no cambian.
En determinadas condiciones, un equilibrio dinámico tiene una determinada relación entre reactivos y productos. No importa si empiezas con muchos reactivos o con muchos productos, siempre que mantengas variables como la temperatura y la concentración iguales, acabarás con el mismo equilibrio.
Expresamos la relación entre reactivos y productos en un sistema en equilibrio mediante la constante de equilibrio, Keq.
Ejemplos de reacciones químicas reversibles
Pasemos a ver algunos ejemplos reales de reacciones reversibles:
Un ejemplo visualmente interesante es la hidratación del cloruro de cobalto (II) (CoCl2). En su forma anhidra es azul y, si se hidrata, se vuelve rosa; al evaporar el agua, vuelve a su forma anhidra azul.
Esto hace que el cloruro de cobalto (II) sea una gran prueba para detectar la presencia de agua.
Reacción directa:
$$CoCl_{2}+6H_{2}O\rightarrow CoCl_{2}\cdot 6H_{2}O$$
Reacción inversa:
$$ CoCl_{2}\cdot 6H_{2}O\rightarrow CoCl_{2}+6H_{2}O$$
Reacción global:
$$CoCl_{2}+6H_{2}O\rightleftharpoons CoCl_{2}\cdot 6H_{2}O$$
Figura 2: hidratación del cloruro de cobalto (II).
Veamos otro:
Un ejemplo biológico de reacción reversible se da en la hemoglobina: una proteína que viaja por la sangre, transportando el oxígeno de los pulmones a las células y el dióxido de carbono de desecho de las células a los pulmones. Para ello, se une a las moléculas de gas, con sus cuatro puntos de unión. Las moléculas individuales de hemoglobina, oxígeno y dióxido de carbono son los reactivos y la molécula de hemoglobina unida es el producto. Una vez que la molécula de hemoglobina unida ha llegado a su destino, libera las moléculas de gas y se divide, de nuevo, en los reactivos.
$$Hb+4O_2 \rightleftharpoons Hb(O_2)_4$$
Fig. 3: La hemoglobina se encuentra en los glóbulos rojos.
Además de lo que ya hemos visto, tenemos dos tipos de reacciones reversibles, según la velocidad a la que se llevan a cabo: las reacciones de primer orden y las reacciones de segundo orden. En los siguientes apartados veremos qué son:
Reacciones reversibles de primer orden
Las reacciones de primer orden son aquellas en las que la velocidad es directamente proporcional a la concentración de uno de los reactivos; es decir, cuanta más cantidad haya de ese reactivo concreto, más tardará la reacción en llevarse a cabo.
Veamos un ejemplo para entender esto mejor:
Supongamos que, en la siguiente reacción, la velocidad depende del reactivo A, y que es una reacción que tarda 10 minutos en producir los productos y terminar:
$$A + B \rightleftharpoons C + D$$
¿Qué ocurrirá si multiplicamos por 2 la concentración de reactivo A, y si aumentamos la cantidad del reactivo B?
Si multiplicamos por 2 la concentración del reactivo A, la reacción tardará el doble en terminar, ya que la velocidad de la reacción depende de este reactivo. Es decir, si la reacción normal tarda 10 minutos, cuando tenemos el doble de la cantidad del reactivo A, la reacción tardará 20 minutos en tener lugar.
Sin embargo, si aumentamos la cantidad del reactivo B, como la velocidad de la reacción no depende de su concentración, tardará 10 minutos.
Reacciones reversibles de segundo orden
Las reacciones de segundo orden son aquellas en las que la velocidad depende de la concentración de dos de los reactivos; es decir, cuanto mayor sea la concentración de ambos reactivos, mayor será la velocidad de la reacción (tardará más tiempo en terminar).
Veamos aquí, también, un ejemplo para entenderlo mejor:
Supongamos que, en la siguiente reacción, la velocidad depende del reactivo E, y que es una reacción que tarda 20 minutos en producir los productos y terminar:
$$E + F \rightleftharpoons G + H$$
¿Qué ocurrirá si multiplicamos por 2 la concentración de reactivo E, aumentamos en la misma medida la cantidad del reactivo F y doblamos la concentración de ambos reactivos?
Si multiplicamos por 2 la concentración del reactivo E, la reacción tardará el doble en terminar (en este caso, tardaría 40 minutos, en lugar de 20).
Si aumentamos también por 2 la concentración del reactivo F, la reacción tardará también el doble en terminar (40 minutos también).
Sin embargo, si doblamos la concentración de ambos reactivos, la reacción tardará 4 veces más en tener lugar, ya que hemos aumentado por 2 la concentración de cada reactivo y tenemos 2 reactivos; en este caso, la reacción tardará 80 minutos en tener lugar.
Al ser reacciones reversibles, si aumentamos la cantidad de productos, al poder reaccionar entre ellos para volver a formar los reactivos, ocurrirá lo mismo que cuando aumentamos la cantidad de reactivos.
Si has llegado hasta aquí, ya sabrás explicar lo que son las reacciones reversibles y todo lo relacionado con ellas. ¡Enhorabuena!
Reacciones reversibles - Puntos clave
- Una reacción reversible es una reacción química en la que los reactivos forman productos que, a su vez, pueden reaccionar para formar de nuevo los reactivos.
- Una reacción irreversible es una reacción química en la que los reactivos forman los productos y los productos no reaccionan entre ellos para volver a formar los reactivos.
- Las reacciones reversibles están formadas por una reacción directa y otra inversa; se representan con dos flechas de media punta.
- Si dejas las especies implicadas en una reacción reversible en un sistema cerrado, acabarán alcanzando un equilibrio dinámico. En este caso, la velocidad de la reacción hacia delante es igual a la velocidad de la reacción hacia atrás y las concentraciones de reactivos y productos no cambian.
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