QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Desplazamiento del equilibrio

Andalucía · 2022 · Reserva 1

Enunciado

Bloque B · B2. El hidrogenocarbonato de sodio se descompone según el equilibrio:

2\,\text{NaHCO}_3(s) \rightleftharpoons \text{Na}_2\text{CO}_3(s) + \text{CO}_2(g) + \text{H}_2\text{O}(g) \qquad \Delta H > 0

a) Escriba la expresión de la constante de equilibrio

K_p

.

b) Justifique cómo afecta al equilibrio la adición de

\text{NaHCO}_3

.

c) El hidrogenocarbonato de sodio se usa como impulsor en repostería, ya que las burbujas de

\text{CO}_2

hacen que suba la masa y sea más esponjosa. Justifique si horneando la masa a mayor temperatura obtendremos un bizcocho más esponjoso.

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Resultado

\boxed{\;\textbf{a) } K_p = p(\text{CO}_2)\cdot p(\text{H}_2\text{O}) \;(\text{los sólidos no aparecen})\;}

\boxed{\;\textbf{b) no le afecta: la cantidad de sólido no interviene en } K_p\;}

\boxed{\;\textbf{c) sí} \;-\; \Delta H > 0 \Rightarrow T \uparrow \Rightarrow \text{se desplaza a la derecha} \Rightarrow \text{más CO}_2\;}

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Estrategia

Es un equilibrio heterogéneo: dos sólidos y dos gases. Los sólidos puros tienen actividad constante y no aparecen en la constante, lo que resuelve los apartados a) y b) de golpe.

Para c), el dato clave es

\Delta H > 0

: la descomposición es endotérmica, así que el calor actúa como un reactivo.

Desarrollo

a) Expresión de $K_p$ .

Solo intervienen las especies gaseosas:

\boxed{K_p = p(\text{CO}_2)\cdot p(\text{H}_2\text{O})}

Ni el

\text{NaHCO}_3

ni el

\text{Na}_2\text{CO}_3

figuran, porque son sólidos puros: su "concentración" es su densidad, un valor fijo a cada temperatura que ya está absorbido en el valor de

K_p

.

Fíjate además en una consecuencia elegante: como los dos gases se producen en relación

1\!:\!1

a partir de reactivo puro, sus presiones parciales son iguales, así que:

K_p = p^2 \qquad \text{y} \qquad P_t = 2\sqrt{K_p}

b) La adición de $\text{NaHCO}_3$ no afecta al equilibrio.

El bicarbonato es un sólido, y su cantidad no aparece en

K_p

. Añadir más no cambia ninguna presión parcial: el sistema ya está en equilibrio y sigue estándolo.

Q_p = p(\text{CO}_2)\,p(\text{H}_2\text{O}) = K_p \quad \text{antes y después}

Dicho de otro modo: lo que un sólido puro aporta al equilibrio es su superficie, no su cantidad. Poner el doble de bicarbonato acelera que se alcance el equilibrio (más superficie de contacto), pero no modifica dónde está.

La única consecuencia práctica es que el sólido tardará más en agotarse, es decir, el equilibrio podrá mantenerse durante más tiempo.

c) Sí: a mayor temperatura, bizcocho más esponjoso.

La descomposición es endotérmica (

\Delta H > 0

), así que el calor puede escribirse como un reactivo:

2\,\text{NaHCO}_3(s) + \text{calor} \rightleftharpoons \text{Na}_2\text{CO}_3(s) + \text{CO}_2(g) + \text{H}_2\text{O}(g)

Al hornear a mayor temperatura estamos añadiendo ese "reactivo", y por el principio de Le Châtelier el sistema se opone consumiéndolo: el equilibrio se desplaza hacia la derecha.

T \uparrow \;\Longrightarrow\; K_p \uparrow \;\Longrightarrow\; p(\text{CO}_2) \uparrow

Se genera más $\text{CO}_2$ , se forman más burbujas y la masa sube más: el bizcocho queda más esponjoso.

Hay además un segundo efecto que refuerza el primero: a mayor temperatura, el gas ya formado se expande (ley de Charles,

V \propto T

a presión constante), de modo que las mismas burbujas ocupan más volumen.

Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)

Consejo

El apartado b) sorprende siempre, porque contradice la intuición de "si añado reactivo, se desplaza a la derecha". Esa regla vale para gases y disoluciones, no para sólidos ni líquidos puros: su actividad es 1 independientemente de la cantidad, así que no pueden desplazar nada.

Consecuencia práctica: en un equilibrio heterogéneo, las presiones de los gases quedan fijadas por la temperatura, no por cuánto sólido pongas.

Y aprovecha el contexto de c): los enunciados con aplicación cotidiana valoran que conectes la química con el fenómeno. Aquí no basta con decir "se desplaza a la derecha"; explica que eso significa más burbujas de $\text{CO}_2$ y por tanto más esponjosidad.