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Décimo 10° · Química
Velocidad y equilibrio de las reacciones químicas · Equilibrio químico

Principio de Le Châtelier

En una planta de fertilizantes cerca de Bogotá fabrican amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno. El ingeniero quiere que salga la mayor cantidad posible de producto, pero la reacción es reversible y se queda a medias. ¿Se puede "empujar" el equilibrio hacia donde nos conviene? Sí, y la regla para predecirlo la formuló Henry Le Châtelier. Al final de la página volveremos a esta planta.

Qué dice el principio

Un sistema en equilibrio tiene velocidades iguales en los dos sentidos, y por eso sus concentraciones no cambian. Si alguien altera esa situación, el sistema reacciona.

Piensa en una balanza equilibrada: si pones peso en un lado, se mueve para compensarlo. El principio no dice que el cambio se anule por completo, solo que el sistema se opone a él.

"Desplazarse a la derecha" significa que se favorece la formación de productos. "A la izquierda", que se favorece la de reactivos.

Esquema de un equilibrio con una perturbación y la respuesta del sistema en el sentido que la contrarresta Reactivos Productos La perturbación empuja; el sistema contrarresta
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Enuncia con tus propias palabras el principio de Le Châtelier.

Enuncia con tus propias palabras el principio de Le Châtelier.

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Cambios de concentración

Si agregas una sustancia, el sistema gasta parte de ella. Si la retiras, el sistema fabrica más.

Perturbación Respuesta Desplazamiento
Aumenta un reactivo consume ese reactivo derecha
Aumenta un producto consume ese producto izquierda
Disminuye un reactivo lo repone izquierda
Disminuye un producto lo repone derecha
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En el equilibrio $\text{N}2(g) + 3\,\text{H}2(g) \rightleftharpoons 2\,\text{NH}3(g)$ se agrega más $\text{N}2$ al recipiente, manteniendo constante la temperatura.…

En el equilibrio $\text{N}_2(g) + 3\,\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\,\text{NH}_3(g)$ se agrega más $\text{N}_2$ al recipiente, manteniendo constante la temperatura. Indica hacia qué lado se desplaza el equilibrio y qué ocurre con la cantidad de $\text{NH}_3$.

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Presión y volumen

La presión solo importa si hay gases con distinto número de moles a cada lado. Al reducir el volumen, la presión sube. El sistema se opone disminuyendo la cantidad de moléculas de gas, es decir, se desplaza hacia el lado con menos moles gaseosos. Si se aumenta el volumen, ocurre lo contrario.

Comparación de moles de gas: cuatro moles de reactivos frente a dos moles de producto en la síntesis del amoníaco N₂ + 3 H₂ 2 NH₃ 4 moles de gas 2 moles de gas Más presión: favorece el lado con menos moles (derecha)
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Considera el equilibrio $\text{N}2(g) + 3\,\text{H}2(g) \rightleftharpoons 2\,\text{NH}3(g)$. Explica hacia qué lado se desplaza al aumentar la presión por reducción del…

Considera el equilibrio $\text{N}_2(g) + 3\,\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\,\text{NH}_3(g)$. Explica hacia qué lado se desplaza al aumentar la presión por reducción del volumen del recipiente. Justifica comparando el número de moles de gas a cada lado de la ecuación.

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Practica★★☆Sin empezar
En el equilibrio $\text{H}2(g) + \text{I}2(g) \rightleftharpoons 2\,\text{HI}(g)$, Mariana aumenta la presión comprimiendo el recipiente. Explica por qué en este caso el…

En el equilibrio $\text{H}_2(g) + \text{I}_2(g) \rightleftharpoons 2\,\text{HI}(g)$, Mariana aumenta la presión comprimiendo el recipiente. Explica por qué en este caso el equilibrio no se desplaza, aunque sí cambien las concentraciones de todas las especies.

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Temperatura

La temperatura es la única perturbación que cambia el valor de $K_c$. Piensa en el calor como si fuera un reactivo o un producto:

  • Reacción endotérmica ($\Delta H > 0$): el calor es "reactivo".

  • Reacción exotérmica ($\Delta H < 0$): el calor es "producto".

Si calientas, el sistema absorbe calor y favorece el sentido endotérmico. Si enfrías, favorece el exotérmico.

Reacción Aumentar T Disminuir T
Endotérmica derecha, $K_c$ aumenta izquierda, $K_c$ disminuye
Exotérmica izquierda, $K_c$ disminuye derecha, $K_c$ aumenta
Practica★★☆Sin empezar
La reacción $\text{N}2(g) + \text{O}2(g) \rightleftharpoons 2\,\text{NO}(g)$ es endotérmica ($\Delta H > 0$). Predice hacia dónde se desplaza el equilibrio si se aumenta…

La reacción $\text{N}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightleftharpoons 2\,\text{NO}(g)$ es endotérmica ($\Delta H > 0$). Predice hacia dónde se desplaza el equilibrio si se aumenta la temperatura y si se disminuye. Indica además cómo cambia el valor de $K_c$ en cada caso.

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El catalizador no desplaza el equilibrio

Un catalizador baja la energía de activación de los dos sentidos por igual. Las dos reacciones se aceleran en la misma proporción, así que el equilibrio se alcanza más rápido, pero en el mismo punto.

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Un catalizador se agrega a un sistema que ya está en equilibrio. Indica si el catalizador desplaza el equilibrio o modifica el valor de $K_c$, y explica brevemente tu…

Un catalizador se agrega a un sistema que ya está en equilibrio. Indica si el catalizador desplaza el equilibrio o modifica el valor de $K_c$, y explica brevemente tu respuesta.

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Aplicación: la síntesis del amoníaco

Volvemos a la planta de fertilizantes: $\text{N}_2(g) + 3\,\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\,\text{NH}_3(g)$, con $\Delta H < 0$.

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En la síntesis del amoníaco, $\text{N}2(g) + 3\,\text{H}2(g) \rightleftharpoons 2\,\text{NH}3(g)$, $\Delta H < 0$. Una industria quiere maximizar el rendimiento en…

En la síntesis del amoníaco, $\text{N}_2(g) + 3\,\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\,\text{NH}_3(g)$, $\Delta H < 0$. Una industria quiere maximizar el rendimiento en $\text{NH}_3$. Analiza el efecto de la presión y de la temperatura sobre el rendimiento en el equilibrio, y explica por qué en la práctica se usa una temperatura moderada y un catalizador en lugar de la temperatura más baja posible. Menciona también qué ocurre si el amoníaco se retira continuamente del reactor.

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El equilibrio $\text{CO}(g) + 2\,\text{H}2(g) \rightleftharpoons \text{CH}3\text{OH}(g)$ es exotérmico. Un estudiante propone tres cambios simultáneos: aumentar la…

El equilibrio $\text{CO}(g) + 2\,\text{H}_2(g) \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{OH}(g)$ es exotérmico. Un estudiante propone tres cambios simultáneos: aumentar la temperatura, aumentar la presión y agregar más $\text{CO}$. Predice el efecto de cada cambio por separado sobre la cantidad de metanol en el equilibrio, indica cuáles favorecen la formación de metanol y cuál la desfavorece, y argumenta si puedes asegurar el resultado neto de aplicar los tres a la vez.

Resolver

Cuando hay varias perturbaciones a la vez, analiza cada una por separado. Si unas favorecen los productos y otras los reactivos, no puedes asegurar el resultado neto sin conocer la magnitud de cada cambio.

Resumen

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