Cuando en un sistema en equilibrio dinámico cambia alguna condición, ocurre un desplazamiento del equilibrio que contrarresta esa variación y permite alcanzar un nuevo estado de equilibrio.
Equilibrio dinámico es un concepto con varias definiciones según la disciplina en la cual se aplique, pero siempre describe un estado de estabilidad aparente porque, en realidad, existe un cierto movimiento en cada caso. Está presente en física, química, mecánica, biología, ciencias del deporte, fisioterapia y economía. Distinguir cada aplicación permite comprender mejor el comportamiento de procesos industriales, estados de la naturaleza y reacciones químicas.
El equilibrio dinámico en física se observa en objetos que se mueven en línea recta a velocidad constante o que giran con una velocidad angular constante (sin aceleración). El equilibrio dinámico en química lo experimenta la reacción reversible que se desarrolla en sentido directo e inverso a velocidad idéntica. Por este motivo, un sistema en equilibrio dinámico no exhibe cambios en sus propiedades observables: sí hay un movimiento de moléculas que continúa reaccionando de modo ininterrumpido, conservando la velocidad de la reacción directa y de la reacción inversa.
Antes de profundizar en estas definiciones conviene citar el resto de las acepciones. En desarrollo motriz, el equilibrio dinámico es un tipo de estabilidad caracterizado por poder controlar el cuerpo al realizar desplazamientos o movimientos. En el ámbito económico, se describe como equilibrio dinámico al estado que evidencia un crecimiento uniforme, de trayectoria estable, a pesar de una fluctuación constante de las variables económicas a lo largo del tiempo. En los entornos naturales, un ecosistema o sistema vivo tiene un equilibrio dinámico si puede conservar estabilidad frente a los cambios que continuamente se producen en el medio ambiente.
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ResumenCondiciones para que exista un equilibrio dinámico
Para que exista un equilibrio dinámico en química, clave para predecir el comportamiento de sistemas, deben reunirse ciertas condiciones. Antes de detallarlas vale recordar que el equilibrio químico dinámico ocurre en una reacción reversible al igualarse las velocidades de la reacción directa y la reacción inversa. A nivel macroscópico el estado es estático, pero como las moléculas continúan reaccionando el fenómeno es microscópicamente dinámico.
Tiene que haber, en primer lugar, un sistema cerrado (donde se deja pasar energía al entorno pero no hay intercambio de materia). En el caso de agregarse o eliminarse sustancias van a variar las concentraciones y, de acuerdo al principio de Le Châtelier, el sistema se desplazará hasta llegar a un nuevo equilibrio.
Se necesitan, además, velocidades iguales, una reacción reversible (que ocurra en ambos sentidos) y presiones parciales o concentraciones constantes a lo largo del tiempo. En este último punto, no hay un tiempo predeterminado (sino que depende de la cinética química) pero si tiene que ser suficiente para conseguir que las velocidades se igualen: en algunas reacciones, el equilibrio se alcanza rápido y en otras es un proceso más lento.
Por lo general, también la temperatura debe ser constante para mantener un determinado equilibrio químico dinámico. Si ella se modifica, las velocidades de las reacciones cambian, al igual que la posición del equilibrio, dado que la constante de equilibrio depende de la temperatura.
El equilibrio dinámico en línea recta, ilustrado con una ruta desierta: la Primera Ley de Newton (ley de inercia) indica que cuando la fuerza neta es cero se mantiene el movimiento rectilíneo uniforme.
Factores que alteran el equilibrio
Cuando cambian algunas variables dentro de un sistema, el equilibrio dinámico de una reacción reversible se modifica. ¿Cuáles son los factores que alteran el equilibrio dinámico? Principalmente, la temperatura, la presión, el volumen y la concentración de un reactivo o producto.
De acuerdo al principio de Le Châtelier, postulado impulsado por el químico francés Henri Le Châtelier, cuando un sistema químico en equilibrio resulta perturbado, éste reacciona desplazándose en otra dirección para volver a un estado de equilibrio.
Por lo tanto, si la cantidad de reactivos aumenta, el equilibrio se mueve hacia la formación de productos. De incrementarse la concentración de un producto, entonces se desplaza el equilibrio hacia la formación de reactivos. Y si disminuye o se elimina un producto o un reactivo, entonces el sistema se orienta en el sentido necesario para regenerarlo.
El factor térmico, en tanto, lleva a generar una respuesta exo o endotérmica, según corresponda. Si la temperatura aumenta, el sistema se desplazará en sentido endotérmico, mientras que un descenso de la temperatura hace que el sistema se desplace en sentido exotérmico.
La presión y el volumen, por otra parte, influyen de manera significativa frente a la existencia de sistemas gaseosos y un número de moles de gas distinto en reactivos y productos. Si el volumen se reduce o aumenta la presión, el equilibrio irá hacia el lado que presenta menos moles de gas; si el volumen aumenta o la presión disminuye, el desplazamiento será hacia el sector con más moles de gas.
En el caso de los catalizadores, tienen un efecto de aceleración respecto a la velocidad en la cual se llega al equilibrio.
Dentro de un sistema cerrado (una botella con agua, por ejemplo) se establece un equilibrio dinámico: hay un cambio de estado continuo, con los fenómenos de evaporación y condensación desarrollándose a igual velocidad.
Diferencia entre equilibrio dinámico y equilibrio estático
Después de haber abordado y analizado el equilibrio dinámico desde distintos aspectos resulta enriquecedor mencionar qué diferencia hay entre él y el equilibrio estático.
Con un ejemplo simple se puede entender que el equilibrio estático describe quietud, falta de movimiento y de cambios. Como sucede en una biblioteca donde los libros están situados uno al lado de otro en estantes, manteniéndose firmes e inmóviles.
El equilibrio dinámico, en cambio, se caracteriza por el movimiento, aunque por momentos no sea observable a simple vista. Es un estado determinado por dos procesos simultáneos que ocurren a una misma velocidad. Aunque a nivel macroscópico todo pueda parecer frenado, siempre hay movimiento a nivel interno o microscópico. Por ejemplo: en un día de verano con marcas térmicas muy elevadas, hay equilibrio dinámico dentro de una botella cerrada de plástico que posee en su interior un poco de agua. Aunque pareciera ser un producto quieto, constantemente hay moléculas de agua evaporándose en la superficie, mientras que unas moléculas de vapor vuelven a condensarse después de chocar contra la superficie del agua. A medida que la temperatura aumenta sube la cantidad de moléculas con energía suficiente para la evaporación. Entonces, dentro de la botella aumenta la presión de vapor. En este panorama surge un nuevo equilibrio dinámico caracterizado por mantener constantes las cantidades de vapor y líquido a pesar del continuo intercambio de moléculas.
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