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Química avanzada (AP Chemistry)
Curso: Química avanzada (AP Chemistry) > Unidad 7
Lección 7: Principio de Le Châtelier- Principio de Le Chȃtelier: Cambiar la concentración
- Principio de Le Chȃtelier: Cambiar el volumen
- Principio de Le Chȃtelier principle: Cambiar la temperatura
- Ejemplo trabajado: Calcular la presión total del equilibrio después de un cambio en el volumen
- Ejemplo trabajado: Usar el principio de Le Chȃtelier para predecir desplazamientos en el equilibrio
- Principio de Le Châtelier
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Ejemplo trabajado: Calcular la presión total del equilibrio después de un cambio en el volumen
¿Cómo cambia la presión total cuando se reduce el volumen de un sistema gaseoso en equilibrio ? En este video, exploraremos la respuesta a esta pregunta usando métodos cualitativos y cuantitativos. Creado por Jay.
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Transcripción del video
El pentacloruro de fósforo se descompone
en tricloruro de fósforo y cloro gaseoso. Kp para esta reacción es
igual a 0.500 a 500 Kelvin. Digamos que esta reacción está en equilibrio
en un recipiente de reacción que tiene un volumen de 2.0 litros y la presión parcial de
equilibrio, de PCl5 es igual a 0.980 atmósferas. La presión parcial de equilibrio de
PCl3 es igual a 0.700 atmósferas y la presión parcial de equilibrio del cloro
gaseoso es igual a 0.700 atmósferas. Si sumamos esas 3 presiones parciales,
obtenemos la presión total de la mezcla de gases en equilibrio, que
es igual a 2.38 atmósferas. Y llamaremos a esta presión total, P1.
Si disminuimos el volumen de 2 litros a un litro, y mantenemos la temperatura
constante en 500 Kelvin, disminuimos el volumen en un factor de 2, lo que significa
que aumentamos la presión en un factor de 2. Entonces, todas las presiones parciales
de nuestros gases se duplican, y hay una nueva presión total, que es
el doble de la presión total original. Y esta nueva presión total es igual
a 4.76 atmósferas, en adelante, a esta presión total la llamaremos P2. De modo que cuando el volumen era de 2 litros,
la reacción comenzó en equilibrio y al disminuir el volumen a un litro, y duplicando la presión,
hemos introducido una alteración en el sistema. Así, en este momento, con estos
valores en las presiones parciales, la reacción no está en equilibrio. El principio de Le Chatelier dice
que la reacción neta se moverá en la dirección que disminuye la alteración.
De modo que si la alteración es un aumento en la presión, la reacción neta se moverá
en la dirección que disminuya la presión. Al observar la ecuación balanceada, hay
un mol de gas en el lado del reactante, y hay 2 moles de gas en el lado del producto.
Así que si la reacción neta va de los productos a los reactantes, si la reacción neta va hacia
la izquierda, la reacción neta se va hacia el lado con el menor número de moles de gas, lo que
disminuirá la presión y aliviará la alteración. La reacción neta sigue moviéndose hacia la
izquierda, hasta que se restablezca el equilibrio, y cuando se restablece el equilibrio, habrá
una nueva presión total, que llamaremos P3. Entonces, nuestro objetivo es calcular P3,
por lo que podemos compararla con P1 y P2. Y haremos esto de forma cuantitativa
y de una forma más cualitativa. Usemos una tabla ICE para ayudarnos a
calcular la presión total final, P3. En una tabla ICE, I representa la
presión parcial inicial en este caso, C es el cambio y E es la
presión parcial de equilibrio. La presión parcial inicial de PCl5,
después de que el volumen se redujo a un litro, fue 1.96 atmósferas.
Y las presiones parciales de PCl3 y Cl2 eran ambas de 1.40 atmósferas.
Ya usamos el principio de Le Chatelier para darnos cuenta de que la reacción neta va
a ir hacia la izquierda, lo que significa que vamos a disminuir la cantidad de los productos,
y vamos a aumentar la cantidad de reactantes. De modo que si vamos a aumentar la cantidad de
PCl5, no sabemos en cuánto la vamos a incrementar, y a eso le vamos a llamar x.
Pero sabemos que va a aumentar así que escribimos más x debajo de
la parte de cambio en la tabla ICE. Y dado que nuestra relación molar de PCl5 a
PCl3 es uno a uno, si obtenemos x para PCl5, debemos estar perdiendo x para PCl3.
Y lo mismo ocurre con Cl2, ya que hay un coeficiente de uno, entonces,
escribimos menos x en nuestra tabla ICE. Por lo tanto, la presión parcial de
equilibrio de PCl5 será igual a 1.96 más x. La presión parcial de equilibrio
de PCl3 será igual a 1.40 menos x. Y la presión parcial de equilibrio
de Cl2 también será 1.40 menos x. A continuación, podemos sustituir las presiones
parciales de equilibrio en nuestra expresión Kp. Entonces, podemos sustituir 1.40 menos x para
la presión parcial de equilibrio de PCl3, 1.40 menos x para la presión
parcial de equilibrio de Cl2, y 1.96 más x para la presión
parcial de equilibrio de PCl5. Y también podemos agregar el valor
para la constante de equilibrio, Kp. Así es como se ve nuestra expresión de
constante de equilibrio con todo sustituido. Y a continuación, necesitamos resolver para x,
lo que implica el uso de una ecuación cuadrática. Y cuando hacemos todas esas operaciones
matemáticas encontramos que x es igual a 0.330. Ahora que sabemos que x es igual a 0.33, podemos
calcular las presiones parciales de equilibrio. 1.96 más 0.33 es igual a 2.29.
Por lo tanto, la presión parcial de equilibrio de PCl5 es igual a 2.29 atmósferas, para PCl3,
es 1.40 menos x, 1.40 menos 0.33 es igual a 1.07. Por lo tanto, la presión parcial de
equilibrio de PCl3 es igual a 1.07 atmósferas. Y son las mismas operaciones matemáticas para Cl2. Así que la presión parcial de equilibrio
de Cl2 también es igual a 1.07 atmósferas. Para encontrar la presión total, P3, simplemente necesitamos sumar las
presiones parciales individuales. De modo que 2.29 más 1.07 más
1.07 es igual a 4.43 atmósferas. Por lo tanto, P3 es igual a 4.43 atmósferas.
Hacer los cálculos nos ayuda a darnos cuenta de que x no es un número muy grande y la
razón por la que x no es un número muy grande se debe a que el valor de Kp
es igual a 0.500 para esta reacción. Cuando K está cerca de 1, hay una
cantidad considerable de reactantes y productos en equilibrio. Y podemos ver eso
con nuestras presiones parciales de equilibrio. Hay una cantidad considerable de ambos. Y como tiene que haber una cantidad considerable
de reactantes y productos en equilibrio, no vamos a ver un gran cambio de
estas presiones parciales iniciales. Entonces, definitivamente habrá un cambio
a la izquierda para disminuir la presión. Y cuando estas fueron las presiones parciales,
si recordamos que P2 era igual a 4.76, así que habrá una disminución de la presión.
Entonces, habrá una disminución por lo que la presión bajará de 4.76, pero
como no hay un gran cambio, no será un cambio enorme. Y es por eso que
vimos que P3 solo se redujo a 4.43 atmósferas. Así que si volvemos al problema original, y nuestro objetivo es calcular P3 en relación
con P1 y P2., sin hacer todas esas matemáticas, podríamos pensar que disminuimos el volumen en un
factor de dos, lo que duplicó la presión total. Pero luego, la reacción neta se mueve hacia
la izquierda para disminuir la presión. Dado que no se moverá mucho hacia la
izquierda, no va a disminuir mucho la presión. Por tanto, la presión final P3 va a ser un poco
menor que 4.76, pero superior a 2.38 atmósferas.