Principio de Le Chatelier
El Principio de Le Chatelier, de 1888, se refiere a que un estado de equilibrio químico es mantenido en tanto no se alteren las condiciones del sistema. Cuando se modifica algún parámetro, como por ejemplo, la presión, la temperatura o la concentración de algunas de las especies en equilibrio, este se traslada en cierta dirección (hacia los reactivos o hacia los productos) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio.
Con base en observaciones experimentales, Le Chatelier expresó un principio simple que permite estimar los efectos sobre un estado de equilibrio.
Principio de Le Chatelier: Cuando una reacción en equilibrio sufre una alteración de condiciones, las proporciones de los reactivos y de los productos se ajustan de manera de minimizar el efecto de la alteración.
Efecto de la Concentración
Las variaciones en las concentraciones de las diversas especies que intervienen en el equilibrio químico puede alterarlo. El principio de Le Chatelier explica este hecho considerando que, para un sistema en equilibrio químico, la variación de concentración de uno de los componentes constituye una fuerza.
Por ejemplo, si se adiciona H2 al sistema en equilibrio:
H2 (g) + I2 (g) ⇄ 2 HI(g)
Este tiende a ajustarse de modo de anular el efecto del hidrógeno adicionado. Esto sucede cuando el H2 se combina con el I2 para formar moléculas de HI, trasladando el equilibrio hacia la derecha, esto significa que la [HI] aumenta y la [I2] disminuye. Por otro lado, si se retira uno de los componentes del sistema, por ejemplo, H2 en el sistema debajo:
H2 (g) + I2 (g) ⇄ 2 HI(g)
El principio de Le Chatelier predice que el sistema se ajustará para huir del efecto causado por la remoción de H2. Parte del HI se descompone para formar H2, para sustituir lo que fue retirado.
El efecto obtenido es la disminución de la concentración del HI y al aumento de la concentración del i2. El equilibrio queda ahora más trasladado hacia el sentido de los reactivos.
Efecto de la Presión
Los cambios de presión pueden ejercer considerable efecto sobre la posición de equilibrio, o casi ningún efecto en absoluto. Por ejemplo, un aumento en la presión de un sistema en que ocurre el siguiente equilibrio.
2 NO2 (g) ⇄ N2O4 (g)
La reacción se trasladará para el lado con menor número de moles de gas, a fin de atenuar la elevación de la presión. Por otra parte, si la presión disminuye, la reacción se trasladará para el lado con mayor número de moles de gas para ayudar a no reducir la presión.
Disminuye la presión
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2 NO2(g) ⇄ N2O4(g)
—— >
Aumenta la presión
Cuando la reacción alcanza el equilibrio, un aumento de la presión hace con que la reacción prosigo en el sentido del N2O4, porque eso reduce los moles totales de gas presentes y consecuentemente, la presión.
Efecto de la Temperatura
Si en el sistema donde sucede una reacción se eleva la temperatura, la reacción se trasladará hacia el lado que absorba calor (reacción endotérmica). Por otro lado, si la temperatura disminuye, la reacción se trasladará para el lado que desprenda calor (reacción exotérmica).
Volvamos al ejemplo anterior. En el sentido de izquierda a derecha, la reacción es exot-érmica y en el sentido contrario, es endotérmica, porque precisa romper un enlace en el dímero. Así siendo, si T aumenta, la reacción ocurrirá desde el producto al reactivo, y si T disminuye, la reacción correrá en sentido contrario.
Disminuye la temperatura
< ——
2 NO2 (g) ⇄ N2O4 (g) Δ Hº < 0 (exotérmica)
—— >
Si la reacción de izquierda a derecha fuese endodérmica, se deberían invertir la dirección de las flechas.
Efecto de la Catálisis
El principio de Le Chatelier ignora la presencia del catalizador. Lo que sucede es que la velocidad de reacción aumenta con la acción del catalizador porque el abrevia el tiempo necesario para que el sistema alcance el equilibrio. El no modifica la posición de equilibrio, pues tanto la reacción directa como la inversa son catalizadas en la misma extensión ya que el no sufre una transformación permanente en el curso de la reacción. El participa de la reacción formando sustancias intermedias que reaccionan inmediatamente regenerando el catalizador. Esto puede ser demostrado por las ecuaciones.
A + X à AX
AX + B à AB + X X = catalizador
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A + B à AB (reacción global)