?Es cierto que ninguna reacci¨®n qu¨ªmica es irreversible?
Hay un concepto a tener siempre en cuenta: el equilibrio. Todos los sistemas tienden a ¨¦l pero la cuesti¨®n es saber d¨®nde est¨¢
No se puede decir tajantemente ni s¨ª ni no, depende. Como muchas veces en ciencia hay que contextualizar. Si a lo que nos referimos es a que una reacci¨®n irreversible es aquella que transcurre en un sentido y o bien es pr¨¢cticamente imposible o bien no somos capaces de ver en la pr¨¢ctica que se d¨¦ en un sentido opuesto, pues con esa definici¨®n s¨ª habr¨ªa reacciones irreversibles. Por ejemplo, la combusti¨®n del gas butano con ox¨ªgeno sabemos que produce CO2 y agua pero no vemos que se produzca la reacci¨®n inversa. Otro ejemplo lo tenemos cuando metemos un pastel en el horno. Eso es una reacci¨®n qu¨ªmica, hay un cambio de sustancias mucho m¨¢s complejo que el anterior, pero cuando tenemos el pastel hecho no podemos hacer nada para volver a tener los ingredientes de nuevo en su estado original.
Cuando hablamos de reacciones qu¨ªmicas hay un concepto a tener siempre en cuenta: el equilibrio qu¨ªmico. Las reacciones llegan hasta una situaci¨®n de m¨ªnima energ¨ªa que es lo que consideramos como equilibrio y eso implica que al final tienes una mezcla de los reactivos y de los productos. ?Cu¨¢ndo decimos que una reacci¨®n es irreversible? Cuando pr¨¢cticamente todo lo que tenemos son productos y casi no vemos nada de los reactivos. Los reactivos son los ingredientes qu¨ªmicos que tenemos antes de que se produzca la reacci¨®n y los productos, los ingredientes qu¨ªmicos que obtenemos tras ¨¦sta.
Un ejemplo: si mezclamos un hidrocarburo con ox¨ªgeno se llegar¨¢ a una composici¨®n en la que tendremos CO2 y agua pero no podemos decir que no haya absolutamente nada del hidrocarburo y del ox¨ªgeno inicial, lo que ocurre es que hay tan poco que no tenemos por qu¨¦ tenerlo en cuenta. Esa reacci¨®n s¨ª podr¨ªamos considerar que ha transcurrido en un ¨²nico sentido, es irreversible.
El par¨¢metro que miramos para saber si estamos en el estado de equilibrio, o si estamos lejos o cerca, es la energ¨ªa libre de Gibbs. Tiene en cuenta la cantidad de calor que se transfiere en la reacci¨®n, bien consumido o bien desprendido, y el cambio en el desorden del sistema. Si la energ¨ªa libre de Gibbs tiene un n¨²mero muy alto y negativo, estamos lejos del equilibrio y la reacci¨®n se da en el sentido en el que la estamos considerando. Si ocurre lo contrario, que tiene un valor muy alto pero positivo, la reacci¨®n se dar¨¢ en el sentido inverso. Y si vale 0, estamos en el equilibrio. Todos los sistemas, ya sea desde el valor negativo o desde el valor positivo, tienden a ese equilibrio. En algunos, esta situaci¨®n de equilibrio se da cuando hay cantidades enormes de productos y s¨®lo quedan exiguas cantidades de reactivos (decimos que tiene una constante de equilibrio alta), o al rev¨¦s (constante de equilibrio baja). Este valor depende de cada reacci¨®n y temperatura. As¨ª, reacciones con constantes de equilibrio del orden de 1040, 1050 o 1060, implican que en la pr¨¢ctica, la cantidad de reactivo que queda sin haber reaccionado una vez llegado al equilibrio, es pr¨¢cticamente nada.
Tenemos tambi¨¦n lo contrario, reacciones en las que la constante de equilibrio es muy, muy peque?a. Nunca va a ser negativa, siempre tiene que ser por encima de 0 pero puede ser de 10-50, y eso lo que significa es que en la pr¨¢ctica la reacci¨®n no se va a dar, se dar¨¢ un poco, pero tan poco que pr¨¢cticamente no vamos a poder detectar que se ha producido la reacci¨®n.
Las reacciones t¨ªpicamente reversibles son aquellas en las que la constante no es ni muy grande ni muy peque?a, y ligeras variaciones en las condiciones pueden hacer que transcurran en una determinada direcci¨®n o reviertan. Son constantes de 1, de 100, de 1.000, de 10-3¡ rangos en los que tienes reactivos y productos que puedes medir f¨¢cilmente. Un caso muy com¨²n es la disoluci¨®n del di¨®xido de carbono en agua, lo que se da en una gaseosa o en el agua del mar, donde tambi¨¦n se disuelve el CO2 atmosf¨¦rico. A temperatura ambiente y con la presi¨®n de CO2 que hay en la atm¨®sfera en promedio, tendr¨ªamos disuelta una cantidad de CO2 del orden de 10-5 molar, una cantidad peque?a pero medible, y de ¨¢cido carb¨®nico, que ser¨ªa en lo que se transforma el CO2 cuando se disuelve en el agua, de 2 x 10-8 molar, una cantidad m¨¢s peque?a a¨²n pero tambi¨¦n medible. Si disminuimos la presi¨®n atmosf¨¦rica sobre el CO2, cae a 10-6, pierdo bastante CO2 disuelto, pero si la aumento, sube un poco el CO2 disuelto. Esto quiere decir que si yo subo o bajo la presi¨®n sobre el agua puedo hacer que entre m¨¢s CO2 o que parte de ese CO2 salga del agua, esa reacci¨®n es totalmente reversible. Tiene una constante de equilibrio de 10-3.
Estrictamente hablando, todas las reacciones tienen su punto de equilibrio, la cuesti¨®n es d¨®nde est¨¢. Las que normalmente llamamos irreversibles son aquellas en las que el equilibrio se alcanza habiendo consumido la pr¨¢ctica totalidad de los reactivos. En estos casos es virtualmente imposible revertirlas porque las condiciones en las que eso ser¨ªa te¨®ricamente factible son imposibles de alcanzar en la pr¨¢ctica.
Ginesa Blanco es catedr¨¢tica de Qu¨ªmica Inorg¨¢nica en la Universidad de C¨¢diz.
Pregunta realizada v¨ªa email por Kenneth Hip¨®lito Mel¨¦ndez G¨®mez
Nosotras respondemos es un consultorio cient¨ªfico semanal, patrocinado por la Fundaci¨®n Dr. Antoni Esteve, que contesta a las dudas de los lectores sobre ciencia y tecnolog¨ªa. Son cient¨ªficas y tecn¨®logas, socias de AMIT (Asociaci¨®n de Mujeres Investigadoras y Tecn¨®logas), las que responden a esas dudas. Env¨ªa tus preguntas a nosotrasrespondemos@gmail.com o por Twitter #nosotrasrespondemos.
Coordinaci¨®n y redacci¨®n: Victoria Toro
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