Equilibrio Químico: Principio de Le Châtelier y Cociente de Reacción

El Cociente de Reacción (Qc) y su Relación con la Constante de Equilibrio (Kc)

El cociente de reacción (Qc) nos ayuda a predecir la dirección en la que se desplazará una reacción para alcanzar el equilibrio. Se compara con la constante de equilibrio (Kc).

• Qc > Kc: El sistema no está en equilibrio. La concentración de los productos es mayor que la correspondiente al equilibrio. La reacción evolucionará hacia la izquierda (hacia los reactivos) para alcanzar el equilibrio.
• Qc = Kc: El sistema está en equilibrio. Las concentraciones de reactivos y productos son las del equilibrio y no hay un cambio neto en la reacción.
• Qc < Kc: El sistema no está en equilibrio. La concentración de los productos es menor que la del equilibrio. Por lo tanto, deben consumirse reactivos para formar más productos. El sistema evolucionará hacia la derecha (hacia los productos) para alcanzar el equilibrio.

Factores que Afectan el Equilibrio Químico: El Principio de Le Châtelier

El Principio de Le Châtelier establece que si un sistema en equilibrio es perturbado por un cambio en la concentración, la presión o la temperatura, el sistema se desplazará de manera que contrarreste dicha perturbación, alcanzando un nuevo estado de equilibrio.

1. Modificación de la Concentración

Equilibrio Homogéneo

En sistemas donde todas las sustancias están en la misma fase (por ejemplo, gases):

• Si se aumenta la concentración de una sustancia (reactivo o producto), el sistema contrarrestará esta modificación desplazándose en el sentido en que dicha sustancia se consume.
• Si se disminuye la concentración de una sustancia, el sistema se opondrá a la modificación desplazándose en el sentido en que se produce dicha sustancia.

Equilibrio Heterogéneo

La adición o eliminación de sólidos o líquidos puros en un sistema en equilibrio no perturba dicho equilibrio. Esto se debe a que sus concentraciones (o actividades) se consideran constantes y no se incluyen en las expresiones de las constantes de equilibrio Kc y Kp.

2. Modificación de la Presión y el Volumen

Estos cambios afectan principalmente a los equilibrios que involucran gases.

• Aumento de la presión (o disminución del volumen): Si se disminuye el volumen a temperatura constante, la presión total aumenta. Esto incrementa la concentración molar de todos los gases. Según el Principio de Le Châtelier, el sistema se desplazará hacia el lado de la ecuación con menor número de moles gaseosos para contrarrestar el aumento de presión.
• Disminución de la presión (o aumento del volumen): Si se aumenta el volumen a temperatura constante, la presión total disminuye. Esto reduce la concentración molar de los gases. El sistema se desplazará hacia el lado de la ecuación con mayor número de moles gaseosos para compensar la disminución de presión.

Importante: Si el número de moles gaseosos es igual en ambos lados de la ecuación (reactivos y productos), un cambio en la presión o el volumen no afectará la posición del equilibrio.

3. Modificación de la Temperatura

La temperatura es el único factor que altera tanto la posición del equilibrio como el valor de la constante de equilibrio.

• Aumento de la temperatura: Si se aumenta la temperatura, el sistema favorecerá la reacción que absorbe calor para contrarrestar el cambio. Por lo tanto, el equilibrio se desplazará en el sentido endotérmico (ΔH > 0).
• Disminución de la temperatura: Si se disminuye la temperatura, el sistema favorecerá la reacción que desprende calor. El equilibrio se desplazará en el sentido exotérmico (ΔH < 0).

4. Adición de un Gas Inerte

Un gas inerte es aquel que no participa en la reacción.

• A volumen y temperatura constantes: Si se añade un gas inerte, la presión total del sistema aumenta. Sin embargo, las presiones parciales y las concentraciones molares de los gases que reaccionan no cambian. Como las constantes Kp y Kc dependen de estas, el equilibrio no se ve afectado.
• A presión y temperatura constantes: Para mantener la presión total constante al añadir un gas inerte, es necesario aumentar el volumen del recipiente. Este aumento de volumen provoca una disminución en las presiones parciales y las concentraciones de los gases reactivos. El equilibrio se desplazará hacia donde haya un mayor número de moles gaseosos.

5. Adición de un Catalizador

Un catalizador aumenta la velocidad de las reacciones directa e inversa en la misma proporción, ya que disminuye la energía de activación para ambos procesos. Por lo tanto, un catalizador ayuda a que el sistema alcance el equilibrio más rápidamente, pero no modifica la posición del equilibrio ni el valor de la constante de equilibrio (Kc o Kp).