Reacción irreversible: características y ejemplos
Una reacción irreversible es aquella que virtualmente no alcanza el estado de equilibrio y que, por tanto, todos los reactivos se han transformado en productos. Se dice que ocurre en un solo sentido: de izquierda a derecha, pues los productos no pueden recombinarse para originar nuevamente los reactivos.
Hoy en día existen varias teorías y ángulos desde los que se pueden explicar la irreversibilidad de una reacción química. La visión más simple es teniendo en cuenta qué tan inestables son los reactivos, la estabilidad de los productos, o si se forman gases o sólidos que escapen o se separen del medio de reacción.
Las reacciones irreversibles son muy comunes en el día a día. Si vemos cambios en nuestro entorno en el que para revertir sus efectos hiciera falta retroceder el tiempo, entonces seguramente se tratará de este tipo de reacciones químicas. Por ejemplo, una torta por sí sola no regresará a su estado inicial: los ingredientes.
No obstante, los productos de una reacción irreversible sí pueden sufrir reacciones que los conviertan en reactivos. Este es el caso de las herrumbres, que tratadas con agentes reductores fuertes podremos recuperar el hierro metálico contenido en ellas.
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Cualquier reacción irreversible puede ser representada por una simple ecuación química, suponiendo que participan dos especies reactivas, A y B:
A + B => C + D
A y B reacción irreversiblemente para transformarse en C y D. No hay lugar para que se establezca un equilibrio. Lo que reaccionó no se regenera, y lo que no, permanecerá como exceso a causa del propio rendimiento de la reacción, o porque se ha consumido uno de los reactivos.
Nótese que no se especifican en qué estado de agregación se encuentra cada reactivo o producto (sólido, gas o líquido).
Hay reacciones donde una cantidad despreciable de C y D, debido a su naturaleza química, se recombinan para regenerar A y B. Si ocurre esto en el equilibrio, se dice que este se encuentra muy desplazado hacia la derecha; es decir, hacia la formación de productos.
Solamente en estos casos no se cuenta con la seguridad de aseverar que una supuesta reacción es indudablemente irreversible. Sin embargo, tal situación no suele presentarse con regularidad en reacciones que exhiben cambios demasiado notables.
No es una regla general ni definitiva, pero varias de las reacciones irreversibles generan cambios químicos reseñable. Por ejemplo, las reacciones altamente exotérmicas se consideran en esencia irreversibles, debido a la cantidad de energía en forma de calor y luz que se libera.
El mismo razonamiento se aplica cuando observamos la aparición de un gas, ya sea burbujeando el seno del líquido, o rezumando de los poros de un sólido. Si dicho gas escapa del medio de reacción, le será imposible participar en el establecimiento del equilibrio; es decir, no reaccionará para regenerar ninguno de los reactivos.
Asimismo, la formación de un sólido o precipitado supone en el acto que la reacción es irreversible, ya que solo su superficie tendrá contacto todavía con el medio de reacción. Y si este sólido tiene una estructura muy estable, mucho menos participará en un equilibrio (que no sea el de su solubilidad), pues sus partículas se encontrarán confinadas.
Por otro lado, no se puede confiar siempre de los cambios de color. Muchas reacciones donde se aprecian estos en realidad son reversibles, y tarde o temprano el cambio se revierte.
Una característica más generalizada de las reacciones irreversibles es que los productos formados son mucho más estables que los reactivos participantes de la reacción. Esto explica por qué C y D ya no “quieran” recombinarse para regenerar A y B, pues estas últimas son especies más inestables.
Dicha estabilidad puede predecirse conociendo las estructuras de los productos, qué tan fuertes y estables son los nuevos enlaces, o inclusive, mediante un mecanismo molecular que muestre los pasos consecutivos de una reacción.
Hay reacciones irreversibles que prácticamente requerirían que el tiempo retrocediera para que los reactivos volvieran a formarse. O más que reacciones, serían cambios o procesos que involucran una serie de las mismas. Esto se debe a que no se trata de revertir una reacción, sino muchas y al instante. Por ejemplo: la descomposición de las frutas.
Otras reacciones irreversibles por el contrario, pueden revertirse si a sus productos se les hacen reaccionar con otras especies. Asimismo, hay reacciones que se dan en una “versión inversa” mediante procesos o mecanismos distintos. El ejemplo más conocido es el de la respiración celular y la fotosíntesis, diferenciándose en que la última aprovecha la energía solar.
A continuación se mencionarán algunos ejemplos representativos de reacciones irreversibles.
La materia cuando se oxida lo hace irreversiblemente a menos que entre en contacto con agentes reductores. Los metales cuando se oxidan aparece sobre su superficie una capa de óxido, la cual al depositársele humedad y dióxido de carbono, además de sales, comienza un proceso de corrosión.
El óxido metálico no se disgregará de la nada para originar nuevamente al metal y dejar escapar el oxígeno gaseoso.
Toda la materia orgánica que reaccione con el oxígeno vigorosamente, sufrirá combustión y se desprenderá de ella óxidos gaseosos y cenizas. Estos óxidos, en esencia CO2, H2O, NO2 y SO2, nunca se recombinarán para dar lugar a las moléculas iniciales. Este es el caso de los plásticos, hidrocarburos, maderas, materia vegetal y animal.
Cuando un ácido y una base fuertes reaccionan o se neutralizan, las especies generadas no vuelven a recombinarse para generarlos. Por ejemplo, el NaOH y HCl reaccionan para producir NaCl y H2O, ambas especies muy estables:
NaOH + HCl => NaCl + H2O
Esta reacción es irreversible, no hay punto donde se haya verificado que parte del NaOH o HCl se haya regenerado. Lo mismo sucede con otros pares de ácidos y bases fuertes.
Los metales cuando se disuelven en ácidos fuertes se forman una sal, agua y un gas. Por ejemplo, el cobre es atacado por el ácido nítrico para dar nitrato de cobre, agua y dióxido de nitrógeno:
Cu + 4HNO3 => Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2
La solución resultante tiene color azulado, y de ella nunca por arte de magia reaparecerán partículas cobrizas, indicando la formación del cobre metálico.
Finalmente, tenemos la reacción de saponificación, la cual es irreversible; aunque varios de sus pasos internos sí sean reversibles. Los jabones originados no se convertirán nuevamente en las grasas de las cuales procedieron; ni el hidróxido de potasio, KOH, una base tan fuerte, podrá regenerarse por acción de ningún equilibrio.
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