Laboratorio virtual de Le Chatelier: color, Qc y Kc

Este laboratorio virtual de Le Chatelier sigue el laboratorio de indagación guiada de AP Chemistry en el que los estudiantes perturban equilibrios de color y explican cada cambio de color. Los estudiantes trabajan con dos tubos de ensayo. En el primero, Fe³⁺ y SCN⁻ forman FeSCN²⁺ rojo sangre; los estudiantes añaden reactivos, retiran uno con un precipitado y diluyen. En el segundo, el [Co(H₂O)₆]²⁺ rosa y el [CoCl₄]²⁻ azul responden al calentar y al enfriar. Tras cada cambio, la simulación muestra las concentraciones y compara Qc con Kc. Los estudiantes terminan con una tabla de datos, una regla para cada tipo de perturbación y pruebas del signo de ΔH.

Relación con el currículo

• AP Chemistry Unit 7, temas 7.9 Introduction to Le Châtelier's Principle (TRA-8.A) y 7.10 Reaction Quotient and Le Châtelier's Principle (TRA-8.B), y el laboratorio de indagación guiada de AP Chemistry sobre el principio de Le Chatelier.
• NGSS HS-PS1-6 (estándar de EE. UU.): perfeccionar el diseño de un sistema químico cambiando las condiciones para desplazar un equilibrio.
• También encaja con los temas de equilibrio de IB Chemistry y A-level Chemistry.

Simulic no está afiliado al College Board ni a AQA, ni cuenta con su respaldo.

Antes del laboratorio (5 min)

Muestra en el proyector el tubo rojo de tiocianato de hierro y pregunta:

"Esta mezcla roja está en equilibrio: Fe³⁺ + SCN⁻ ⇌ FeSCN²⁺. Añades una gota de nitrato de plata. El Ag⁺ retira el SCN⁻ como un sólido blanco. ¿Qué le pasa al color rojo?"

Muchos estudiantes dicen "nada, la plata no está en la ecuación". Recoge los votos y sigue adelante.

Método en la simulación

Parte A: tiocianato de hierro (Fe³⁺ + SCN⁻ ⇌ FeSCN²⁺)

1. Abre la primera pestaña. Deja los valores iniciales (Fe³⁺ 2,0 mM, SCN⁻ 1,5 mM). Espera unos 10 segundos, hasta que la lectura diga que el sistema está en equilibrio. Anota las tres concentraciones y el color.
2. Pulsa Añadir Fe³⁺ una vez. Observa el indicador: Qc baja por debajo de Kc y luego vuelve. Anota el nuevo equilibrio.
3. Pulsa Reiniciar, espera al equilibrio y luego pulsa Añadir AgNO₃ una vez. Anota.
4. Pulsa Reiniciar, espera y luego pulsa Añadir agua una vez (5 mL). Anota. Calcula cuánto valdría [FeSCN²⁺] solo por la dilución (× 10/15).

Parte B: cloruro de cobalto ([Co(H₂O)₆]²⁺ + 4Cl⁻ ⇌ [CoCl₄]²⁻ + 6H₂O)

5. Abre la segunda pestaña. Deja los valores iniciales (Cl⁻ 6 M, baño a 25 °C). Espera al equilibrio y anota las dos concentraciones de cobalto y Kc.
6. Mueve Temperatura del baño a 60 °C. Espera a que el termómetro marque 60 °C y Kc deje de cambiar (unos 40 segundos). Anota.
7. Lleva el baño a 0 °C y anota de nuevo cuando Kc deje de cambiar (hasta un minuto).

Perturbación	Color después	Qc frente a Kc justo después de la perturbación	Sentido del desplazamiento	Concentración clave (mM)
Ninguna (inicio)
+ Fe³⁺
+ AgNO₃
+ agua
Baño 25 → 60 °C
Baño 60 → 0 °C

Resultados esperados

Todos los valores salen de la simulación con los ajustes de arriba.

Paso de la parte A	[Fe³⁺] (mM)	[SCN⁻] (mM)	[FeSCN²⁺] (mM)	Color
Equilibrio	1,710	1,210	0,290	rojo anaranjado
+ Fe³⁺	2,577	1,091	0,394	rojo más intenso
+ AgNO₃	1,791	0,796	0,199	más claro, AgSCN blanco
+ agua	1,190	0,857	0,143	más claro

Qc vuelve a Kc = 140 después de cada perturbación. La dilución por sí sola dejaría 0,193 mM de FeSCN²⁺. Los 0,143 mM medidos muestran un desplazamiento hacia el lado con más partículas disueltas.

Baño de la parte B	[Co(H₂O)₆]²⁺ (mM)	[CoCl₄]²⁻ (mM)	Kc	Color
0 °C	48,0	2,0	3,16·10⁻⁵	rosa
25 °C	39,9	10,1	2,00·10⁻⁴	violeta
60 °C	16,8	33,2	1,66·10⁻³	azul

Añadir o retirar una sustancia cambia Qc, pero nunca Kc. Solo la temperatura cambia Kc. Calentar multiplica Kc por unas 8,3 y vuelve azul el tubo, así que la reacción directa es endotérmica.

Preguntas para los estudiantes

1. (Predicción, se repite después del laboratorio) Añades AgNO₃ a la mezcla roja en equilibrio. ¿Qué le pasa al color rojo?
2. ¿Qué variables deben mantenerse iguales entre las lecturas del cobalto a 25 °C y a 60 °C?
3. Con los valores iniciales, ¿cuánto vale [FeSCN²⁺] en el equilibrio?
4. ¿Por qué factor aumenta Kc del sistema del cobalto de 25 °C a 60 °C?
5. ¿La reacción directa del cobalto es exotérmica o endotérmica? Explícalo con el color y Kc.

Respuestas para el docente: (1) Se aclara: retirar SCN⁻ hace que Qc > Kc, así que el FeSCN²⁺ se disocia. (2) La cantidad de Cl⁻ y el volumen: no añadas HCl ni agua entre lecturas. (3) 0,290 mM. (4) Alrededor de 8,3 (1,66·10⁻³ ÷ 2,00·10⁻⁴; se acepta 8,0–8,6). (5) Endotérmica: calentar vuelve azul el tubo y aumenta Kc, así que el equilibrio se desplaza en sentido directo para absorber el calor añadido.

Ideas erróneas frecuentes

• "Al añadir Fe³⁺ se consume todo el Fe³⁺ extra." El desplazamiento solo contrarresta en parte el cambio: [Fe³⁺] sigue terminando más alto (2,577 frente a 1,710 mM).
• "Kc cambia cuando añades un reactivo." El indicador muestra que Qc se mueve y Kc se queda fija en 140. Solo la temperatura mueve Kc.
• "La dilución solo hace el color más débil." También desplaza el equilibrio, así que el color se aclara más de lo que indica el factor de dilución por sí solo.

Ampliación

• Comprueba Kc tú mismo: los estudiantes calculan Qc con las tres lecturas tras cada perturbación, por ejemplo 0,394 ÷ (2,577 × 1,091) × 1000 = 140 L/mol.
• Cambia el inicio: fija valores iniciales distintos de Fe³⁺ y SCN⁻ en el enlace de clase. Las concentraciones de equilibrio cambian, pero Qc se estabiliza en 140 cada vez.

Preguntas frecuentes

¿Por qué el equilibrio tarda varios segundos?

El tiempo va más lento para que los estudiantes puedan ver el desplazamiento. En un tubo de ensayo real, estos equilibrios se alcanzan casi al instante.

¿Son reales los valores de Kc y ΔH del cobalto?

Son valores ilustrativos elegidos para reproducir los colores observados. El sentido de cada desplazamiento es correcto, pero no compares los números del cobalto con una tabla de datos.

¿Debería seguir haciendo el laboratorio real?

Si puedes, sí: los colores reales se recuerdan. Sin embargo, el cloruro de cobalto(II) es una sustancia peligrosa, así que muchos centros usan la simulación para la parte del cobalto y dejan los tubos de tiocianato de hierro para la mesa de laboratorio.

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