Factores que afectan el equilibrio químico

Reacciones reversibles

Cuando pensamos en una reacción química, pensamos en reactivos que producen productos. Las reacciones químicas son reacciones de equilibrio . El equilibrio ocurre cuando una cierta proporción de una mezcla existe como reactivos y el resto existe como productos. En sistemas cerrados , el equilibrio ocurre cuando ni los productos ni los reactivos pueden escapar al ambiente exterior.

Sin embargo, cuando se ha alcanzado el equilibrio, no significa que la reacción se haya detenido. Simplemente significa que se ha producido un equilibrio dinámico , o que la reacción directa produce productos a la misma velocidad que la reacción inversa produce reactivos. La palabra ‘dinámica’ significa moverse o cambiar y sirve para recordarnos que la reacción no se ha detenido.

Perturbaciones en el equilibrio

Una pequeña alteración en el equilibrio puede desplazar la posición de equilibrio hacia la derecha, formando más productos, o desplazándola hacia la izquierda, produciendo más reactivos. Cualquier reacción del sistema es temporal y, finalmente, el sistema volverá al equilibrio.

Henri Louis Le Chatelier fue uno de los primeros químicos en investigar los efectos de la concentración, la temperatura y la presión sobre el equilibrio. Sus investigaciones lo llevaron a la siguiente conclusión:

» Si un sistema en equilibrio se somete a un cambio, se producirán procesos que tienden a contrarrestar el cambio impuesto ».

Concentración

Considere la siguiente reacción reversible:

Tenemos un tubo en U en el que el reactivo A está en un lado y el producto B en el otro.

Si imaginamos que se elimina alguna cantidad de A de la reacción de equilibrio, significa que momentáneamente el contenido del tubo en U no estará en equilibrio.

Un sistema así no puede permanecer en esta situación de desequilibrio. Según el principio de Le Chatelier, el sistema reaccionará de tal manera que devuelva el equilibrio a esta reacción. Por tanto, la reacción hacia atrás favorece el restablecimiento del equilibrio.

Temperatura

Las reacciones químicas pueden proceder con la absorción de energía (endotérmica) o con la salida de energía (exotérmica). En una reacción endotérmica , la energía puede considerarse un reactivo. En una reacción exotérmica , la energía puede considerarse un producto.

Considere esta reacción hipotética:

Si la reacción directa es exotérmica, la reacción continuará con un aumento de temperatura; la reacción hacia atrás será automáticamente endotérmica y procederá con una disminución de la temperatura.

¿Qué pasará con el equilibrio si aumenta la temperatura? Pues el sistema contrarrestará disminuyendo la temperatura, favoreciendo la reacción hacia atrás.

Ahora bien, ¿qué pasará con el equilibrio si se reduce la temperatura? Aquí, el sistema contrarrestará aumentando la temperatura, favoreciendo la reacción directa.

Considere tres tubos sellados idénticos que contienen dióxido de nitrógeno (NO 2 ) marrón oscuro en equilibrio con tetróxido de dinitrógeno amarillo pálido (N 2 O 4 ).

Inicialmente, los tres tubos contienen las mismas cantidades de NO 2 y N 2 O 4 y tienen el mismo aspecto marrón medio.

• El tubo uno se coloca en agua helada; este tubo se vuelve de color amarillo pálido
• El tubo dos se deja a temperatura ambiente; este tubo permanece de color marrón medio
• El tubo tres se coloca en agua caliente; este tubo se vuelve de color marrón oscuro

Esto muestra que el equilibrio en la reacción se mueve hacia la formación del NO 2 marrón oscuro a temperaturas más altas. El equilibrio se mueve hacia la formación del N 2 O 4 amarillo a temperaturas más bajas.

Presión

La presión es un factor que afecta el equilibrio de los sistemas gaseosos.

Considere el proceso de Haber:

Si aumentamos la presión total del sistema, las moléculas se acercan. La presión adicional se puede aliviar si las moléculas pueden reaccionar y reducir el número total de moléculas presentes.

En la reacción, una molécula de nitrógeno reacciona con tres moléculas de hidrógeno para formar dos moléculas de amoníaco. En otras palabras, cuatro moléculas de gas están reaccionando para formar solo dos moléculas de gas. Dado que la presión es proporcional al número de moléculas, esta reducción en el número total de moléculas de gas da como resultado una reducción en la presión total. Cualquier aumento de presión en el sistema puede aliviarse mediante la conversión de nitrógeno e hidrógeno en amoníaco, favoreciendo la reacción directa. Por el contrario, una disminución de la presión favorecerá la formación de nitrógeno e hidrógeno. Esto da como resultado un aumento en el número de moléculas presentes, contrarrestando así la reducción de presión.

En general, para reacciones gaseosas, un aumento de presión favorece la reacción que produce menos moléculas. Una disminución de la presión favorece la reacción gaseosa que produce más moléculas. Si hay el mismo número de moléculas de gas en cada lado de la ecuación, un cambio en la presión no tendrá ningún efecto sobre el equilibrio.

Resumen de la lección

Revisemos. Los cambios de concentración, temperatura y presión pueden afectar la posición de equilibrio de una reacción reversible. Las reacciones químicas son reacciones de equilibrio. El equilibrio ocurre cuando una cierta proporción de una mezcla existe como reactivos y el resto sale como productos. En sistemas cerrados , el equilibrio ocurre cuando ni los productos ni los reactivos pueden escapar al ambiente exterior. Según Henri Louis Le Chatelier , si un sistema en equilibrio se somete a un cambio, se producirán procesos que tienden a contrarrestar el cambio impuesto.

Un aumento en la concentración de uno o más reactivos o una disminución en la concentración de uno o más productos hará que el sistema se desplace hacia los productos. Una disminución en la concentración de uno o más de los reactivos, o un aumento de la concentración de los productos, hace que el sistema se desplace hacia los reactivos.

Si la reacción directa es exotérmica, un aumento de temperatura hace que el sistema se desplace hacia los reactivos. Si la reacción directa es endotérmica, un aumento de temperatura hace que el sistema se desplace hacia los productos. Los efectos opuestos se observarían para una disminución de la temperatura.

Un aumento de presión hace que el sistema se desplace en la dirección de menos moléculas de gas, mientras que una disminución de la presión hace que el sistema se desplace en la dirección de más moléculas de gas. Cuando el número de partículas en cada lado de la reacción es igual, un cambio de presión no tendrá ningún efecto.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador