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Desplazamiento del equilibrio

Le Chatelier's Principle

Si a una reacción en equilibrio se le añade más reactivo o se cambian la presión o la temperatura, el equilibrio no se queda donde estaba: pasa a un nuevo equilibrio. Se desplaza en el sentido que atenúa el cambio, que es lo que dice el principio de Le Chatelier: al añadir un reactivo se favorece la reacción directa que lo consume, y al subir la presión se favorece el lado con menos moléculas de gas. A temperatura constante, cambiar la concentración o la presión no altera la constante de equilibrio K; solo un cambio de temperatura modifica la propia K. Un catalizador no desplaza el equilibrio: solo acorta el tiempo para alcanzarlo. Al cambiar en los diagramas la cantidad de reactivo y la presión se ve hacia dónde se mueven las concentraciones y el número de moléculas del nuevo equilibrio.

El equilibrio se mueve para atenuar un cambio

💡 Al abrir un refresco
①En el equilibrio, la reacción directa y la inversa se contrarrestan
②Si se cambia algo desde fuera, el sistema reacciona en el sentido que deshace en parte el cambio hasta encontrar un nuevo equilibrio
③Añadir un reactivo favorece la reacción directa que lo consume; subir la presión favorece el sentido que reduce el número de moléculas de gas
④Al abrir un refresco baja la presión, el equilibrio se desplaza hacia la salida del CO₂ disuelto como gas y por eso sale espuma
⑤Esta tendencia se resume en el principio de Le Chatelier

Cambiar una concentración

0 mol/L
Cambio de concentración
[reactivo] ↑ → desplazamiento hacia la reacción directa → producto ↑
El equilibrio se desplaza para consumir lo que se añadió o reponer lo que se quitó
🔍 Por qué se desplaza en ese sentido
①En el primer equilibrio [A] = [B] = 1 mol/L y K = 1
②Justo después de añadir 0,5 mol/L de A, Q = [B] / [A] = 1 / 1,5 ≈ 0,67, menor que K
③Como Q < K, la reacción directa convierte parte de A en B hasta que de nuevo Q = K con [A] = [B] = 1,25 mol/L
④Solo la mitad de los 0,5 mol/L añadidos pasa a B, así que A sigue por encima del valor inicial: el desplazamiento atenúa el cambio, pero no lo anula
⑤Si se quita A, Q > K y avanza la reacción inversa

Cambiar la presión

2 atm
Efecto de la presión
P ↑ → desplazamiento hacia el lado con menos moléculas de gas
Menos moléculas atenúan la subida de presión; si los dos lados tienen las mismas moléculas de gas, no hay desplazamiento
💡 Cambiar la temperatura
①Al subir la temperatura el equilibrio se desplaza en el sentido endotérmico, que absorbe calor y atenúa la subida
②Al bajarla se desplaza en el sentido exotérmico
③A diferencia de los cambios de concentración o de presión, un cambio de temperatura modifica el propio valor de K
④La reacción directa de N₂O₄ ⇌ 2NO₂ es endotérmica, así que al calentar aumenta el NO₂ pardo y el gas se oscurece

Catalizadores y equilibrio

🔍 El catalizador no desplaza el equilibrio
①Un catalizador acelera la reacción directa y la inversa en la misma proporción
②Por eso solo acorta el tiempo para llegar al equilibrio; la posición de equilibrio y K no cambian
③Si a un recipiente de volumen fijo se añade un gas que no reacciona, como el He, la presión total sube, pero las presiones parciales no cambian y el equilibrio tampoco

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1
Para N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) en equilibrio, ¿hacia dónde se desplaza el equilibrio al subir la presión?
1
Al subir la presión, el equilibrio se desplaza hacia menos moléculas de gas.
2
El lado de los reactivos tiene 1 + 3 = 4 mol y el de los productos 2 mol, así que se desplaza hacia los productos, en el sentido directo.
▸ En el sentido directo (aumenta el NH₃)
Por eso el proceso Haber, que fabrica amoníaco, trabaja a alta presión. Si los dos lados tuvieran las mismas moléculas de gas, cambiar la presión no desplazaría el equilibrio.
Ejemplo 2
En un equilibrio cuya reacción directa es exotérmica (ΔH < 0), ¿hacia dónde se desplaza al subir la temperatura y qué le pasa a K?
1
Al subir la temperatura se desplaza hacia el sentido que absorbe calor, que es la reacción inversa, endotérmica.
2
En el nuevo equilibrio hay menos producto y más reactivo, así que K disminuye. La temperatura es la única condición que cambia K.
▸ Hacia la reacción inversa; K disminuye
En una reacción exotérmica, calentar reduce K y enfriar la aumenta; en una endotérmica ocurre al revés.

Resumen

Principio de Le Chatelier
un cambio desde fuera → el equilibrio se desplaza para atenuar ese cambio
K no cambia con la concentración ni con la presión; solo la temperatura la modifica
Problema tipo CSAT, adaptado
¿Qué acción NO desplaza la posición de equilibrio de N₂O₄(g) ⇌ 2NO₂(g)?
①Subir la temperatura
②Reducir el volumen para aumentar la presión
③Añadir más NO₂
④Añadir un catalizador
⑤Eliminar N₂O₄
▸ ④ Añadir un catalizador
1
Un catalizador acelera igual la reacción directa y la inversa, y solo acorta el tiempo para llegar al equilibrio.
2
La posición de equilibrio y K no cambian, así que la ④ no desplaza el equilibrio; las demás cambian la temperatura, la presión o la concentración.
🎯 Puntos clave
①Al subir una concentración, el equilibrio se desplaza para consumir esa sustancia
②Al subir la presión, se desplaza hacia menos moléculas de gas
③Al subir la temperatura, se desplaza hacia el lado endotérmico y K cambia
④Un catalizador no desplaza el equilibrio: solo acorta el tiempo para alcanzarlo
⑤Añadir un gas inerte a volumen constante no cambia el equilibrio
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