Desplazamiento del equilibrio

Ecuación ajustada. Ajustando el C (6), el H (12, que piden 6 de agua) y el O (18 a la izquierda, que piden 6 de $\text{O}_2$):$$6\,\text{CO}_2(g) + 6\,\text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6(s) + 6\,\text{O}_2(g) \qquad \Delta H > 0$$Como el agua es un líquido puro y la glucosa un sólido, su concentración es constante y no figura en la expresión de la constante:$$K_c = \frac{[\text{O}_2]^6}{[\text{CO}_2]^6}$$a) Desplazamiento del equilibrio

i) Al aumentar $[\text{CO}_2]$, el cociente de reacción $Q = [\text{O}_2]^6/[\text{CO}_2]^6$ se hace menor que $K_c$. Según Le Chatelier, el sistema consume parte del $\text{CO}_2$ añadido: el equilibrio se desplaza hacia la derecha, hacia la formación de glucosa y oxígeno.

ii) Al aumentar la presión total, el sistema tiende a reducir el número de moles de gas. Pero hay 6 mol de gas a cada lado ($6\,\text{CO}_2$ frente a $6\,\text{O}_2$; el agua y la glucosa no son gases): $\Delta n_\text{gas} = 6 - 6 = 0$. Si la presión aumenta al reducir el volumen, las dos concentraciones se multiplican por el mismo factor y $Q$ no cambia, porque numerador y denominador están elevados al mismo exponente. El equilibrio no se desplaza. (Si la presión aumentara añadiendo un gas inerte a volumen constante, tampoco: las concentraciones no cambian.)

iii) La reacción directa es endotérmica ($\Delta H > 0$). Al disminuir la temperatura, el sistema responde desprendiendo calor, es decir, favoreciendo el sentido exotérmico: el equilibrio se desplaza hacia la izquierda, hacia los reactivos. Además, es el único de los tres cambios que modifica el valor de la constante: al bajar $T$, $K_c$ disminuye.

b) El catalizador

Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción sin consumirse en ella (se recupera al final). Actúa proporcionando un camino de reacción (mecanismo) alternativo con una energía de activación menor, de modo que una fracción mayor de los choques entre moléculas es eficaz.

En este equilibrio:

• Disminuye por igual la energía de activación de la reacción directa y de la inversa, así que acelera las dos en la misma proporción.
• Por eso el equilibrio se alcanza antes, pero no se desplaza: las cantidades de $\text{CO}_2$, $\text{O}_2$ y glucosa en el equilibrio son las mismas, porque el catalizador no cambia el valor de $K_c$.
• Tampoco cambia la entalpía de la reacción: $\Delta H$ solo depende de los estados inicial y final.

En las plantas, la fotosíntesis transcurre a través de muchas etapas, cada una acelerada por enzimas, que son catalizadores biológicos (por ejemplo, la rubisco, que fija el $\text{CO}_2$).