Acerca de este experimento
Explora una reacción gaseosa reversible entre N₂O₄ pálido y NO₂ marrón. En este modelo endotérmico, el calentamiento favorece la disociación, mientras que la compresión favorece el lado con menos moléculas de gas. Compara las dos velocidades de reacción: en el equilibrio dinámico se igualan, aunque ambas reacciones continúan. Cada cambio de parámetro inicia una nueva ejecución con las cantidades iniciales seleccionadas.
Objetivos de aprendizaje
- Distinguir el equilibrio dinámico de una reacción que se ha detenido
- Predecir los efectos de la temperatura, el volumen y la concentración inicial en la composición del equilibrio
- Relacione las velocidades de reacción directa e inversa, que son iguales, con el cociente de concentraciones en el equilibrio.
- Aplica el principio de Le Chatelier a los cambios de temperatura y volumen
- Explica por qué cambiar el volumen no modifica Kc, pero sí las cantidades en equilibrio
Cómo usarlo
- 1Realice la simulación a 298 K y 1 L hasta que las dos lecturas de velocidad se aproximen a la igualdad. Compare las dos concentraciones.
- 2Sube la temperatura a 350 K, inicia la nueva ejecución y compara la concentración final de NO₂ marrón y Kc.
- 3A temperatura fija, reduzca el volumen y compare las cantidades finales, las concentraciones y la presión.
- 4Añade algo de NO₂ inicial con el control deslizante de cantidad inicial de NO₂ y observa la velocidad inversa inicial y la aproximación al equilibrio.
- 5Ajusta el volumen a 5 L y compara cuánto se tarda en alcanzar el equilibrio con el caso de 1 L.
El modelo
Supuestos
- El gas es ideal, está bien mezclado y se mantiene a una temperatura uniforme y un volumen fijo durante cada simulación.
- Los parámetros didácticos elegidos son Kc = 0.006 mol/L a 298 K, una entalpía de reacción de 57 kJ/mol y una constante de velocidad inversa de 5 L/(mol s). Son ilustrativos; no corresponden a un conjunto de datos experimentales ajustado.
- La constante de velocidad de la reacción inversa se mantiene fija, y la constante de la reacción directa es kr por Kc. La solución analítica conserva exactamente los equivalentes de NO₂.
- Cada ejecución empieza con 0,10 mol de N₂O₄ y la cantidad de NO₂ seleccionada. Los iconos de partículas identifican las especies y no representan estructuras atómicas precisas.
Pruébalo en clase
- Q1¿Por qué aumenta la abundancia del gas marrón al subir la temperatura en este modelo?
- Q2¿La compresión reduce necesariamente la concentración final de NO₂, o pueden cambiar de forma distinta la cantidad y la concentración?
- Q3En el equilibrio, ¿por qué pueden ser positivas ambas velocidades de reacción mientras que el cambio neto de concentración es cero?
- Q4Se introduce en agua con hielo un matraz cerrado con un gas marrón. ¿Qué ocurre con el color y por qué?
- Q5Un catalizador aceleraría ambas reacciones por igual. ¿Cambiaría las concentraciones finales?
Preguntas frecuentes
¿Cambiar el volumen modifica Kc?
A temperatura constante, no. El volumen modifica las concentraciones y, por tanto, desplaza las cantidades en equilibrio. En el modelo termodinámico seleccionado, Kc cambia con la temperatura.
¿Por qué el calentamiento crea una nueva curva desde el tiempo cero?
Los controles comparan ensayos separados en sistemas cerrados con las cantidades iniciales seleccionadas. No simulan una rampa de temperatura ni la compresión de un pistón durante un único ensayo continuo.
¿Por qué se utilizan N₂O₄ y NO₂ como ejemplo?
Es una demostración clásica en el aula porque el NO₂ es marrón y el N₂O₄ es casi incoloro. Los tubos sellados con la mezcla de gases se oscurecen visiblemente en agua caliente y se aclaran en agua con hielo, lo que facilita observar los desplazamientos del equilibrio.