EQUILIBRIO Y CINÉTICA Una vez que el mecanismo general de una reacción es conocido, es fácil de demostrar, aplicando el principio de microrreversibilidad, que el estado de equilibrio involucra un conjunto de reacciones simultáneas en las cuales cada paso en el mecanismo está procediendo en ambas direcciones a ritmos iguales. También es fácil bajo estas condiciones mostrar la relación de las expresiones de velocidad con la ecuación para la reacción neta. La suma de todos los pasos mecanísticos debe dar la ecuación para la reacción neta. Ordinariamente la ecuación para la velocidad de reacción, si hay un solo paso lento, depende sólo de la concentración de los reactantes en ese paso lento y de la temperatura absoluta del sistema.
EL EXPERIMENTO DE LA “BOTELLA AZUL” Para ampliar nuestros conceptos sobre mecanismos, cinética y equilibrio consideraremos un sistema químico que es muy fácil de construir y sobre el cual pueden hacerse experimentos muy simples por estudiantes con una mínima experiencia en química. El sistema consiste normalmente de un frasco de vidrio aproximadamente medio lleno de un líquido incoloro claro con un tapón de hule en la parte superior. Al sacudir el frasco se causa que el líquido se vuelva azul. Al estar quieto el líquido azul revierte a su condición incolora original. Sacudir inicia un ciclo de azulado y luego decoloramiento. Estudiantes de todos los grados de sofisticación parecen disfrutar al sugerir interpretaciones de estas observaciones. Se sugiere comúnmente que hay un material de color en el tapón o que el mayor contacto con el vidrio al sacudirlo causa el cambio de color. Estas ideas son fácilmente probadas y rebatidas experimentalmente volteando el frasco o revolviendo suavemente de modo que el líquido cubra el vidrio o toque el tapón. En ningún caso aparece la coloración azul. Quizá el cambio más obvio en el frasco al sacudirlo es que la energía cinética de las sustancias contenidas aumenta. Esto lleva a la idea de que un aumento en la temperatura causa el color azul y la subsecuente pérdida en calor al enfriarse el frasco de vuelta a la temperatura ambiente permite que el color revierta. Nuevamente esto puede ser fácilmente probado y rebatido experimentalmente calentando el frasco con las manos de uno y mostrando que la coloración azul no aparece. La sugerencia común en este punto es que hay dos capas que están mezcladas cuando el frasco es sacudido y luego asentado. Esto puede ser probado y rebatido rápidamente volteando el frasco y notando que el color azul desaparece uniformemente en el largo cuello cilíndrico en vez de subir o bajar como sería cierto si dos capas se separaran. Una sugerencia similar es que al sacudir puede mezclarse cualquier gas que esté encima del frasco con el líquido y que al detenerse el gas se separa nuevamente de la solución. Esto puede probarse y rebatirse experimentalmente tan igual como la teoría anterior de las dos capas, dado que es sólo un caso especial de ésta. Nuevamente la desaparición uniforme del color azul en todo el frasco indica que la sugerencia no es aceptable. Note que cada sugerencia encaja para todas las observaciones hechas hasta este punto, pero puede mostrarse que es inadecuada para encajar con otras posibles observaciones.