Equilibrio Químico |
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Principio de Le-Chatelier
Cuando una reacción ha alcanzado el equilibrio
químico, es decir, la velocidad de la reacción directa es igual a la
velocidad de la reacción inversa, y se ha establecido el valor de la Ke, a
partir de las concentraciones en el equilibrio de las especies involucradas
en la reacción; se dice que “el sistema esta en equilibrio”. Cuando un sistema esta en equilibrio, este se
encuentra caracterizado por la temperatura, la presión, las concentraciones
de las especies involucradas y el volumen al que se encuentra dicho sistema.
Y este sistema permanecerá en este estado siempre y cuando no sea afectado
por un cambio externo. “Cuando aplicamos una determinada acción sobre este sistema que esta en equilibrio,
este tiende a contrarrestar esa acción, para volver a alcanzar nuevamente el
estado de equilibrio” PRINCIPIO DE LE-CHATELIER. Los
factores que pueden afectar un sistema en equilibrio son:
En un sistema que esta en
equilibrio, el cambio en la concentración de alguna de la especies
involucradas, hará que el equilibrio se desplace de tal forma que se
contrarreste dicho efecto. Supongamos la siguiente
reacción, la cual esta en equilibrio: I2(g) +
H2(g) Á 2HI(g) Sí aumentamos la
concentración del I2, es decir, agregamos al sistema más I2
el equilibrio se altera; los que va a ocurrir es que el mismo sistema hará que parte del I2 agregado reaccione con H2 del sistema produciendo HI
para que se esta forma se vuelva a establecer el equilibrio. En este caso se
dice que el equilibrio se desplazo hacia la derecha debido a que fue
favorecida la reacción en la que se produce HI. Sí aumentáramos la
concentración de H2, ocurriría algo parecido a lo anterior. Sin embargo,
si aumentáramos la concentración de HI, en este caso, el sistema hará que se
decomponga parte del HI agregado en H2 y I2, para
alcanzar nuevamente el estado de equilibrio. En este caso, se dice que el
equilibrio fue desplazado a la izquierda, por que fue favorecida la reacción
que produce H2 y I2. Ahora que pasaría sí a
este sistema le quitáramos I2, por ejemplo, aquí el sistema
respondería haciendo reaccionar parte del HI que posee el sistema para
reponer parte del I2 quitado, y así volver a establecer el
equilibrio. Entonces el equilibrio se desplazo hacia la izquierda porque se
favoreció la reacción que produce I2 y H2. Si se eliminara parte del HI del sistema, este respondería haciendo reaccionar una determinada cantidad de H2 y I2 para reponer parte del HI eliminado y así alcanzar el estado de equilibrio. |
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CAMBIO EN LA PRESIÓN
Para explicar el efecto que
tiene la presión sobre el equilibrio de una
reacción, consideremos la siguiente ejemplo:
O2(g)
+ 2SO2(g) Á 2SO3(g)
Debemos tener en cuenta que como las sustancias que
interaccionan están en estado gaseoso el sistema se encuentra en un recipiente cerrado,
cuando este alcanza el equilibrio el sistema
tiene una determinada presión con un volumen conocido, en este caso del
recipiente que contiene el sistema.
Para poder entender el efecto de la presión sobre esta
reacción, debemos tomar en cuenta que en este caso la reacción directa O2 + 2SO2 ± 2SO3 implica la
formación 2 moléculas (SO3) y que la reacción inversa O2
+ 2SO2 ¬ 2SO3 implica la formación de tres moléculas (una de O2 y
dos de SO2); todas ellas en estado gaseoso.
Que pasa si yo aumento la presión del sistema (o
disminuyo el volumen), el equilibrio se rompe, porque la presión no es la que
se tenía cuando el sistema se encontraba en equilibrio.
La formación de tres moléculas en estado gaseoso
implica que estas ejercen una mayor presión con respecto a la presión que
ejercerían dos moléculas también en estado gaseoso, sí estas se formaran.
Entonces lo que ocurre es que el equilibrio se
desplaza hacia la derecha, porque en ese sentido se favorece la formación de
dos moléculas en estado gaseoso, y esto nos ayuda más porque la presión
disminuirá ya que estas ejercen menor
presión que si se desplazará el equilibrio hacia la izquierda con la formación
de tres moléculas; y de esta forma se volverá alcanzar el equilibrio.
Un efecto similar ocurre si se disminuye la presión
(o se aumenta el volumen), en este caso el equilibrio se desplazará hacia la
izquierda para formar un mayor número de moléculas con el único fin de aumentar
la presión.
Algunas consideraciones que debemos hacer son:
§
Para
reacciones en las cuales la reacción directa forma el mismo número de moléculas
en estado gaseoso que la reacción inversa (es decir, Dn = 0) , el cambio de presión no afecta en
absoluto el sistema en equilibrio.
§
Para
un sistema en la que las especies que interaccionan se encuentran en estado
líquido o sólido el efecto de la presión se considera nulo para evitar
problemas.
§
Para
sistemas en equilibrio heterogéneos (que comprendan especies en estado gaseoso,
liquido o sólido), solo se considerarán para el efecto de la presión las que se
encuentren en estado gaseoso.
CAMBIOS DE
TEMPERATURA.
Para comprender
elefecto de la temperatura sobre un sistema en equilibrio, es necesario conocer
la entalpía de la reacción, o el efecto calórico de la misma. A 25°C, la
ecuación termoquímica para la síntesis de amoníaco es:
N2(g)
+ 3H2(g) Á 2NH3(g) DH = -92.4 kJ
Como
podemos ver el valor de DH es
negativo, se establece que la reacción directa
o hacia la derecha desprende calor, en otras palabras la reacción hacia
la derecha es exotérmica y por ende la reacción inversa o hacia la derecha es
endotérmica ;es decir, absorbe calor. Si se pudiera calentar la reacción, la
temperatura del sistema aumenta por lo que el equilibrio se desplaza hacia la
izquierda hacia donde se absorbe calor con el fin de disminuir la temperatura.
Lo mismo ocurre si el sistema se enfría, el equilibrio se desplaza hacia la
derecha, hacia donde se desprende calor para aumentar la temperatura.
Es importante mencionar que el valor que se da de DH en una determinada reacción, generalmente corresponde a la reacción directa.
¿Qué ocurre con la adición de un
catalizador?
La
adición de un catalizador no afecta de ninguna manera el equilibrio de un
sistema, pero lo que si afecta es la velocidad con la que el equilibrio se
alcanza; es decir, un catalizador puede hacer que el sistema alcance de manera
más rápida o más lenta el equilibrio.