CAMBIOS EN LA POSICIÓN DE EQUILIBRIO QUÍMICO

¿QUE IMPLICA LA  POSICIÓN DE EQUILIBRIO QUÍMICO?
      

       

La posición de equilibrio se refiere a las cantidades relativas de reactantes y productos presentes en el equilibrio. 

Algunas reacciones ocurren casi de manera completa.


Ejemplo 1:

2NO (g)  ⇌ N2 (g) + O2 (g)

A 700 K la posición de equilibrio se desplaza hacia la derecha. 

En el equilibrio hay una mayor cantidad de N2 y O2 y no mucho NO: aproximadamente hay un millón y medio veces de moléculas de N2 y O2 que de NO.

Ejemplo 2:

H2 (g) + CO2 (g)   ⇌   H2O (g) + CO (g)

A 1100 K, el número total de moléculas de H2 y CO2 en el equilibrio es casi igual al número total de moléculas de H2O y CO: el equilibrio está balanceado de manera equitativa.

Ejemplo 3:      El agua se disocia según la ecuación:

H2O (l)   ⇌   H+ (ac) + OH- (ac)

A 298 K el número de moléculas de agua presentes en el equilibrio está por encima de 250 millones de veces por encima del número de iones H+ y OH- presentes. La posición de equilibrio está desplazada hacia la izquierda, no muchos iones H+ y OH- están presentes en el equilibrio

¿CUALES SON LOS EFECTOS DE LOS CAMBIOS DE CONDICIONES EN LA POSICIÓN DE EQUILIBRIO?

Principio de Le Chatelier

El principio de Le Chatelier nos permite predecir en qué dirección se desplazará la posición de equilibrio.

Esto significa que si tomamos un sistema particular en equilibrio bajo ciertas condiciones y cambia una de esas condiciones, tales como la temperatura,la presión o la concentración, el sistema se moverá hacia una nueva posición de equilibrio. 

¿COMO AFECTA EL CAMBIO DE TEMPERATURA EN EL EQUILIBRIO QUÍMICO?

1ro.- Consideremos el equilibrio

2HI (g)    ⇌  H2 (g) + I2 (g)                      ΔH = +101 kJ mol-1

A temperatura ambiente (298 K), el número de moléculas de HI es aproximadamente 28 veces el número total de moléculas de H2 e I2.

2HI (g)   ⇌     H2 (g) + I2 (g)

96,6%                                             3,4%         

Sin embargo, cuando el sistema alcanza el equilibrio a 700 K, el número de moléculas de HI es solo aproximadamente siete veces el número total de moléculas de H2 e I2.

2HI (g)   ⇌   H2 (g) + I2 (g)

88%                               12%

Esto significa que hay relativamente más moléculas de H2 e I2 presentes en el equilibrio a 700 K que a 298 K. 

"En este caso, conforme la temperatura aumenta, la posición de equilibrio se desplaza hacia la derecha "(hay más H2 e I2 presentes).

2do.-Consideremos esta otra reacción:

N2 (g) + 3H2 (g)   ⇌  2NH3 (g)                ΔH = -92 kJ mol-1

En este caso, a 300 K y 10 atm tenemos

N2 (g) + 3H2 (g)   ⇌    2NH3 (g)
85%                                          15%

A 700 K y la misma presión:

N2 (g) + 3H2 (g)    ⇌   2NH3 (g)
99,8%                                      0,2%

En este caso, el incremento de temperatura ocasiona que la posición de equilibrio se desplace hacia la izquierda, es decir, hay menos amoniaco presente en el equilibrio a una temperatura mayor.

CONCLUSIÓN

El efecto del cambio de temperatura en un sistema en equilibrio puede considerarse en términos del principio de le Chatelier. 

Tomando en cuenta la primera reacción, el valor de ΔH se refiere a la reacción directa, entonces en este caso la reacción directa es endotérmica y la reacción inversa es exotérmica. Al aumentar la temperatura, la posición de equilibrio se desplaza hacia la dirección

que va a minimizar el efecto del cambio. Es por ello que para minimizar el efecto del aumento de

temperatura, la posición de equilibrio se desplaza hacia la dirección endotérmica para así tomar el

calor que es añadido (energía calorífica convertida en energía química). La reacción endotérmica

es hacia la derecha y entonces cuando la temperatura aumenta la posición de equilibrio se

desplaza hacia la derecha y produce relativamente mayor H2 e I2.

Consideremos ahora la segunda reacción. La posición de equilibrio se desplaza hacia la dirección
endotérmica para absorber el calor y minimizar el efecto del cambio cuando la temperatura
aumenta. Esta vez la dirección endotérmica es hacia la izquierda entonces al incrementarse la
temperatura la posición de equilibrio se desplaza hacia la izquierda.

¿COMO AFECTA LA VARIACIÓN  DE  PRESIÓN EN EL EQUILIBRIO QUÍMICO?

Consideremos el siguiente equilibrio

2NO2 (g)   ⇌    N2O4 (g)

                                                       marrón                                     incoloro

                                Efecto de aumentar la presión en el equilibrio 2NO2 (g)⇌ N2O4 (g)

A mayor presión hay menos NO2 (g) marrón y más N2O4 (g) incoloro, el equilibrio se desplaza hacia la derecha.

Observemos lo que ocurre en la imagen 

(a) Se coloca NO2 de color marrón en una jeringa para gases sellada . 

(b) Conforme aumenta la presión, el color inicialmente se vuelve más oscuro ya que el mismo número de moléculas se encuentran en un espacio menor.

(c) Luego la mezcla se vuelve más clara conforme se establece una nueva posición de equilibrio. 

A mayor presión hay menos NO2 (marrón) y más N2O4 (incoloro)presentes en la mezcla de equilibrio, y por ello el color es más suave que a presión baja.

En este caso puede verse que conforme la presión aumenta, el equilibrio se desplaza a la derecha (más N2O4 está presente en el equilibrio).

En esta reacción hay una disminución en el número de moléculas gaseosas, de dos en el lado izquierdo a una en el lado derecho. Como dos moles de gas ocupan más espacio que un mol de gas, al aumentar la presión la posición de equilibrio se desplaza para minimizar el efecto de este cambio. Esto se logra al cambiar la posición de equilibrio hacia el lado donde hay menos moléculas gaseosas y por lo tanto menos volumen, esto es, el lado derecho de la ecuación.

Si imaginamos que esta reacción es completa y que dos moles de NO2 (g) se convierten completamente a 1 mol de N2O4 (g), el volumen de gas al final de la reacción será la mitad del volumen inicial. 

Si esta reacción se llevara a cabo en un recipiente a volumen constante, la conversión de 2 moles de NO2 (g) a 1 mol de N2O4 (g) involucraría la disminución de la presión a la mitad de su valor original.

Consideremos la siguiente reacción:

2SO3 (g)    ⇌    2SO2 (g) + O2 (g)

Esta reacción involucra la conversión de dos moléculas de gas (en el lado izquierdo de la ecuación) a tres moléculas de gas (en el lado derecho). Cuando la presión aumenta, la posición de equilibrio se desplaza hacia el lado izquierdo, esto es a donde hay menor número de moléculas de gas, para minimizar el efecto del cambio.

Consideremos el siguiente equilibrio

2HI (g)   ⇌   H2 (g) + I2 (g)



Como hay el mismo número de moléculas gaseosas en ambos lados, un cambio en la presión no tendrá efecto en la posición de equilibrio.

En los tres ejemplos anteriores se ha considerado el número de moléculas gaseosas para predecir el efecto de un cambio de presión en la posición de equilibrio.

Consideremos una vez más la descomposición de carbonato de calcio:

CaCO3 (s)   ⇌   CaO (s) + CO2 (g)

Hay una molécula de gas en el lado derecho y ninguna en el lado izquierdo, entonces un incremento en la presión ocasiona que la posición de equilibrio se desplace a la izquierda.

¿COMO AFECTA LA VARIACIÓN  DE  CONCENTRACIÓN EN EL EQUILIBRIO QUÍMICO?

Consideremos el siguiente sistema en equilibrio:


2[CrO4]2- (ac) + 2H+ (ac)⇌ [Cr2O7]2- (ac) + H2O (l)

                ion cromato                                                     ion dicromato

                   amarillo                                                          anaranjado

El hecho de que el color de la solución en la figura  sea amarillo indica que la posición de equilibrio es hacia la izquierda, así que hay significativamente más del ion amarillo presente que del ion anaranjado.

Cuando se añade ácido (H+) al matraz, el color de la solución cambia a anaranjado. Ahora hay mucho más ion dicromato presente, lo cual significa que la posición de equilibrio se ha desplazado hacia la derecha. 

Esto puede explicarse en términos del principio de Le Chatelier: conforme más ácido se añade, la posición de equilibrio de desplaza a la derecha para utilizar el exceso de ácido y así minimizar el efecto del cambio.

Si ahora añadimos una base (OH-) a la solución, el color cambia de regreso a amarillo. Los iones OH- reaccionan con los iones H+ para formar agua. Al añadir la base disminuye la concentración de iones H+ en la solución y la posición de equilibrio debe desplazarse hacia la izquierda para minimizar el efecto del cambio remplazando los iones H+.

POR : DELR2