Modificaciones del equilibrio

El estado de equilibrio para un sistema químico está caracterizado por unas concentraciones o presiones parciales de reactivos y productos que permanecen inalteradas en el tiempo. Las concentraciones o presiones de equilibrio dependen de los valores iniciales y de la temperatura. Sin embargo, los equilibrios químicos son dinámicos y, por tanto, un cambio en las condiciones que los hacen posibles determina unas nuevas condiciones de equilibrio.

Principio de Le Chatelier

Cuando un sistema químico está en equilibrio (Q = K) (ver t13) y se le somete a una perturbación, el sistema evoluciona espontáneamente hacia un nuevo estado de equilibrio, que se caracteriza por unas concentraciones de reactivos y productos que cumplen la condición de equilibrio Q = K.

Existen tres variables que afectan al estado de equilibrio:

  • Cambios en la concentración de las especies reaccionantes.
  • Cambios en la presión y el volumen.
  • Efecto de la temperatura.

La constante de equilibrio permite analizar cuantitativamente las alteraciones del estado de equilibrio; sin embargo, muchas veces no se dispone de información suficiente para llevar a cabo cálculos cuantitativos, por lo que es necesario un análisis cualitativo de la respuesta de un sistema ante una perturbación.

El principio de Le Chatelier es una herramienta cualitativa que indica la dirección del desplazamiento del equilibrio. Establece que «un cambio o perturbación en cualquiera de las variables que determinan el estado de equilibrio de un sistema químico, produce un desplazamiento del equilibrio en el sentido de contrarrestar o minimizar el efecto causado por la perturbación».

Ley de Le Chatelier.

Cambios en las concentraciones de las especies reaccionantes

En el equilibrio químico:

El cociente de reacción es:

Si se añade hidrógeno, Q< Kc para que el equilibrio se restablezca, es necesario que se incremente la concentración de HI (g) y que se reduzcan las concentraciones de H2 (g) y I2 (g). Entonces, el equilibrio se desplaza en el sentido de formación de HI (g), ya que ésa es la dirección de la reacción en que se consume el hidrógeno introducido.

Si se incrementa desde el exterior la concentración de HI, el equilibrio se desplaza en el sentido de la descomposición de HI, restableciéndose, ya que Q > Kc.

 

Cambios en la presión y el volumen

Para una reacción química cualquiera, un aumento de la presión (o disminución del volumen) provoca un desplazamiento del equilibrio en el sentido en el que se produce un menor número de moles de gas.

Una reducción de la presión (o un aumento del volumen) desplaza el equilibrio en el sentido en el que se produce un mayor número de moles de gas.

Los cambios de presión no afectan al equilibrio cuando Dn = 0, ya que, en este caso, el número de moles gaseosos a ambos lados de la ecuación es idéntico.

En las reacciones químicas en las que sólo participan sólidos y líquidos, los cambios de presión casi no afectan al estado de equilibrio, puesto que sólidos y líquidos son prácticamente incompresibles.

 

Influencia de la temperatura

El valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura. Si ésta se modifica en un sistema en equilibrio, se altera el valor numérico de la constante y el sistema abandona el estado de equilibrio.

En las reacciones exotérmicas, la constante de equilibrio disminuye al aumentar la temperatura, mientras que en una reacción endotérmica la constante de equilibrio aumenta con la temperatura.

Si no se dispone del valor de la constante de equilibrio, es posible hacer predicciones cualitativas aplicando el principio de Le Chatelier.

 

Modificación del estado de equilibrio del sistema. por efecto de la adición de H2(g). Efecto producido por variaciones de la concentración de reactivos y productos en un equilibrio químico.

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