Si en una reacción química los reactantes se convierten en productos y los productos, a su vez, regresan a ser reactantes, estamos frente a un equilibrio químico. Podríamos imaginar el equilibrio como un estado en el que no todas las moléculas de reactantes se han transformado en productos. En realidad, la gran mayoría de las reacciones químicas son reversibles. Son pocas las que están totalmente desplazadas hacia los productos y casi no tienen reacción inversa.

Las reacciones de equilibrio se representan con una doble flecha, lo que indica que son reversibles, es decir, que la reacción ocurre en ambas direcciones. Para que esto suceda, las velocidades de formación directa e inversa deben ser iguales, tanto de reactantes a productos como de productos a reactantes.

Gráficamente, el equilibrio químico se observa en curvas de concentración versus tiempo o velocidad versus tiempo. En ambos casos, el equilibrio se alcanza cuando las curvas de reactantes y productos son paralelas al eje x.

Una vez alcanzado el equilibrio, existe una constante llamada constante de equilibrio (Kc). Esta representa el cociente entre la concentración de productos y reactantes, elevadas a la potencia de sus coeficientes estequiométricos. Si Kc>1, significa que hay mayor concentración de productos que de reactantes, es decir, la reacción está desplazada hacia los productos. Si Kc<1, hay mayor concentración de reactantes, lo que indica un desplazamiento en ese sentido. Si Kc=1, la concentración de productos y reactantes es igual, lo que corresponde a un equilibrio absoluto, aunque esto es muy difícil de observar en la práctica.

Cuando la constante es muy grande, la curva de los productos está muy por encima de la de los reactivos en el equilibrio. Si es pequeña, es la curva de los reactivos la que está más arriba. En un equilibrio absoluto, las curvas están muy cercanas entre sí.

Cabe recordar que, si en una ecuación química hay sustancias sólidas o líquidas, no es necesario incluirlas en la ecuación de la constante de equilibrio.

El cociente de reacción (Q) tiene la misma forma que Kc​, pero sus concentraciones no son las del equilibrio. Este cociente es útil para predecir si la reacción se desplazará hacia la derecha o hacia la izquierda. Si Kc>Q, la reacción tiende a formar productos. Si Kc<Q, tiende a formar reactivos. Si Kc=Q, la reacción ha alcanzado el equilibrio.

Existen diversos factores que afectan el equilibrio químico. Científicos como Le Chatelier y Brown investigaron cómo alterar la constante de equilibrio en una reacción reversible y concluyeron que los principales factores son:

Temperatura: Dependiendo de si la reacción es endotérmica o exotérmica, el equilibrio puede desplazarse. Si es exotérmica, el equilibrio se desplaza hacia los reactivos al aumentar la temperatura. Si es endotérmica, se desplaza hacia los productos.
Presión: Cambiar la presión afecta las reacciones en las que participan gases. Si la presión aumenta, el equilibrio se desplaza hacia el lado con menos moles de gas. Si disminuye, se desplaza hacia el lado con más moles de gas.
Concentración: Alterar la cantidad de reactantes o productos provoca un desplazamiento del equilibrio para compensar el cambio. Por ejemplo, si se aumenta un reactante, el equilibrio se desplaza hacia los productos, y viceversa.
Estas dinámicas pueden observarse claramente en reacciones como la síntesis del amoníaco, donde las gráficas muestran cómo cambian las concentraciones y se restablece el equilibrio después de una alteración.