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¿Puede la constante de equilibrio ser alguna vez exactamente 1?

Según mi libro,

En el mundo real [...] es poco probable que cualquier reacción tenga concentraciones exactamente iguales de productos y reactivos en el equilibrio.

Esto se mencionó en el contexto de que era una situación ideal para $K_\mathrm{eq}$ , en el que $K_\mathrm{eq} = 1$

Lo que me confunde es el término "improbable", que entiendo que es poco común pero posible. ¿Puedes explicar por qué teniendo concentraciones iguales de productos y reactivos en el equilibrio tal que $K_\mathrm{eq} = 1$ ¿es posible y a la vez infrecuente?

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Alex Puntos 8

Para una reacción química,

$$\Delta G = -R T \ln K_{eq}$$ $$\implies K_{eq} = e^{\frac{-\Delta G}{RT}} $$

Así, para que una reacción química tenga $K_{eq}=1$ *, es necesario tener $\Delta G = 0$

Para algunas reacciones químicas**, podemos conseguirlo ajustando la temperatura y/o la presión. Por tanto, es posible. Sin embargo, es poco probable que la temperatura y la presión a las que se produce una reacción química sean casualmente las necesarias para conseguir $\Delta G = 0$ .

Por otro lado, al encontrar las temperaturas de transición de fase (puntos de fusión y ebullición), estamos barriendo un rango de temperaturas específicamente para encontrar los puntos en los que las fases coexisten, es decir, donde sus energías libres son las mismas y, por tanto, donde $\Delta G = 0$ . Por lo tanto, estos son equilibrios para los que $K_{eq}=1$ .

*Nunca podremos exactamente Obtenga $\Delta G = 0$ porque nunca podremos exactamente ajustar T y p; en consecuencia, nunca podremos exactamente tienen $K_{eq}=1$ . Por lo tanto, lo que quiero decir (y presumiblemente lo que su libro de texto quiere decir) cuando dice " $K_{eq}=1$ " es que está tan cerca de $1$ que está dentro del tamaño de las fluctuaciones sobre el equilibrio.

**Digo "para algunas reacciones químicas" porque en algunos casos los reactivos o los productos pueden descomponerse antes de alcanzar la temperatura requerida. Por ejemplo, supongamos que tratamos de encontrar una reacción con glucosa a la que $K_{eq} =1$ e hizo una extrapolación teórica en la que encontró que esto ocurría, digamos, a 10.000 K. Bueno, la glucosa no existe a esa temperatura.

Nota 1: $\Delta G = -R T \ln K_{eq}$ se aplica a los procesos llevados a cabo a T y p constantes. Si el proceso fuera en cambio a, digamos, T y V constantes, entonces la condición de equilibrio sería $\Delta A = -R T \ln K_{eq}$ . [Y no te confundas: T y p constantes no significan un específico T y p. T y p pueden ser lo que se quiera, siempre que los reactivos y los productos puedan existir en esas condiciones. Más bien, T y p constantes sólo significa que, sean cuales sean T y p, permanecen fijos durante la reacción].

Nota #2 (sobre el tiempo para alcanzar el equilibrio): Lo anterior no tiene nada que ver con si se puede o no llegar al equilibrio, lo cual se aborda en la pregunta enlazada en el comentario de Iván en tu post. Esa pregunta se refiere a cualquier equilibrio, independientemente del valor de la constante de equilibrio (ya sea 1 o 10,303 o 4,8 x 10^-22, o cualquier otro valor). En cambio, lo anterior se refiere a si el valor de la constante de equilibrio puede ser 1 o no.

Nota 3 (sobre los enantiómeros en un entorno aciral): Andrew plantea un punto interesante que la reacción:

$$\ce{A_L <=> A_D},$$

donde $\ce{A_L}$ y $\ce{A_D}$ son dos enantiómeros diferentes del compuesto A, tendrán $\Delta G = 0$ y por lo tanto $K_{eq}=1$ En un entorno aciral, los dos compuestos son químicamente idénticos. Y como son químicamente idénticos, esto se obtendrá a todas las temperaturas y presiones a las que exista el compuesto. Es decir, en un entorno aciral, químicamente,

$$\ce{A_L <=> A_D}$$ se reduce a: $$\ce{A <=> A}$$ .

Pero: Aunque los enantiómeros son químicamente idénticos, la fuerza nuclear débil que existe en sus núcleos puede reconocer la lateralidad, y por tanto la restricción del primer párrafo sigue siendo aplicable: $K_{eq}$ no lo hará exactamente es igual a 1, pero puede ser inconmensurablemente (al menos con la tecnología actual) cercana a 1. [No he hecho el cálculo para determinar si la diferencia de energía causada por la fuerza nuclear débil sitúa la desviación de 1 dentro del, digamos, rango de fluctuación del 90% sobre el equilibrio para un par representativo de enantiómeros a temperatura ambiente].

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