INTRODUCCIÓN EQUILIBRIO QUÍMICO BACHILLERATO

INTRODUCCIÓN A EQUILIBRIO QUÍMICO:

Cuando en una reacción química realizamos los cálculos habituales preguntándonos: ¿qué cantidad de determinado producto se obtiene con una cantidad de determinado reactivo?, damos por supuesto que los reactivos desaparecen completamente y se forman los productos, como si de una reacción explosiva se tratase, o como si fuera una reacción irreversible que discurre en un único sentido «→» (los reactivos forman los productos).

En la realidad no ocurre así. En la mayoría de las reacciones químicas, reactivos y productos conviven en diferentes proporciones dependiendo de las condiciones.

La mayoría de las reacciones son reversibles y transcurren en las dos direcciones «⇄» de tal manera que cuando se alcanza el equilibrio, reactivos y productos se encuentran presentes en diferentes proporciones, intercambiándose unos por otros en un proceso dinámico en el que las proporciones de los diferentes compuestos se mantienen constantes, dependiendo esas concentraciones de las condiciones en las que transcurre la reacción.

Intentaremos incorporar esta idea al estudio de las reacciones químicas.

CIENCIA CON CONCIENCIA:

«El equilibrio químico de la atmósfera posee un índice muy alto de entropía, de desorden. Cuando se encuentra una atmósfera con una baja entropía, en la que hay demasiado metano, o demasiado oxígeno, o cualquier otro ordenamiento químico anómalo, eso indica la presencia de vida. Porque es la vida la que altera el equilibrio químico y lo ordena»

James Lovelock, científico inglés.

INTERIORIZO PROCESOS Y VALORES (PERFIL DE SALIDA DEL ALUMNADO)

CIENCIA CON CONCIENCIA

INVESTIGO

Planteamos la siguiente situación, enfocada como ejercicio:

EJERCICIO Q2BE2430: Tarea de introducción y conocimiento de estrategias de análisis del equilibrio químico.

En un recipiente de 15 litros, donde pretendemos que se inicie la reacción de formación del amoniaco, para su producción a nivel industrial, se introducen 1,2 mol de nitrógeno, 3 mol de hidrógeno y 0,3 mol de amoniaco.

Se aumenta la temperatura y se observa en el equilibrio que la cantidad de amoniaco ha aumentado a 1,9 mol.

Hallar la cantidad de hidrógeno y nitrógeno en el equilibrio.

RESOLUCIÓN:

Del enunciado deducimos que la reacción que se está considerando es:

N₂ (g) + 3 H₂ (g) ⇄ 2 NH₃ (g)

Donde hemos supuesto que todos los compuestos presentes están en el mismo estado -gaseoso- (EQUILIBRIO HOMOGÉNEO).

La forma de visualizar la situación puede reflejarse en el siguiente cuadro, donde reflejamos las cantidades en mol: iniciales, las que reaccionan y las que quedan en el equilibrio.

Se indica que la cantidad de amoniaco ha aumentado, con lo que el sentido de la reacción, desde el inicio hasta el equilibrio es hacia la derecha: esto es, se genera cantidad adicional de producto a cuenta de que desaparecen cantidades de reactivo. En consecuencia notar lo indicado en la fila REACCIONA.

«Los coeficientes estequiométricos de la reacción nos indican que en el sentido en el que transcurre la reacción, por cada mol de nitrógeno que desaparece, desaparecen además tres mol de hidrógeno y se forman 2 mol de amoniaco», esto lo indicamos con -x, -3x, +2x.

Como resulta que se conoce que la cantidad de amoniaco en el equilibrio es de 1,9 mol:

0,3 + 2x = 1,9 ⇒ 2x = 1,9 – 0,3 ⇒ 2x = 1,6 ⇒ x = 1,6/2 =0,8 mol

Por ello los mol de nitrógeno e hidrógeno:

n_H2 = 1,2 – x = 1,2 – 0,8 = 0,4 mol de H₂

n_N2 = 3 -3x = 3 – 3·0,8 = 0,6 mol de N₂

Planteamos ahora esta nueva situación, igualmente enfocada como ejercicio:

EJERCICIO Q2BE2431:

En un recipiente de 15 litros, donde pretendemos estudiar el equilibrio en la reacción de formación del amoniaco, se introducen 1,2 mol de nitrógeno, 2 mol de hidrógeno y 4 mol de amoniaco.

Se aumenta la temperatura y se observa en el equilibrio que la cantidad de amoniaco ha disminuido hasta 1,8 mol.

Hallar la cantidad de hidrógeno y nitrógeno en el equilibrio.

RESOLUCIÓN:

Del enunciado deducimos que la reacción que se está considerando es:

N₂ (g) + 3 H₂ (g) ⇄ 2 NH₃ (g)

La forma de visualizar la situación puede reflejarse en el siguiente cuadro, donde reflejamos las cantidades en mol: iniciales, las que reaccionan y las que quedan en el equilibrio.

Se indica que la cantidad de amoniaco ha disminuido, con lo que el sentido de la reacción, desde el inicio hasta el equilibrio es hacia la izquierda: esto es, se genera cantidad adicional de reactivo a cuenta de que desaparecen cantidades de producto. En consecuencia notar lo indicado en la fila REACCIONA.

«Los coeficientes estequiométricos de la reacción nos indican que en el sentido en el que transcurre la reacción, por cada 2 mol de amoniaco que desaparece, se forma 1 mol de nitrógeno y tres mol de hidrógeno», esto lo indicamos con -2x, +x, +3x en cada uno de los casos.