¿Qué es y cómo se define el Principio de Le Chatelier?

El Principio de Le Chatelier es la Ley que gobierna el equilibrio químico. Le Chatelier fue un prestigioso químico francés que postuló que ante la perturbación sobre un sistema en equilibrio, este se adapta hacia un nuevo estado de equilibrio, describiéndolo como “equivalente al Principio de la Conservación de la Energía”.

Candela Rocío Barbisan | Dic. 2021
Ingeniera Química

Perturbaciones

Cuando hablamos de perturbaciones nos referimos a cambios que puedan alterar el equilibrio de una reacción química. Básicamente, Le Chatelier explica la influencia de tres factores en específico que se pueden perturbar, ellos son: la temperatura, la presión y la concentración de las especies en juego. A continuación, veremos cómo se estudia el efecto producido frente a las distintas perturbaciones.

Temperatura

La temperatura afectará a la constante de equilibrio de la reacción química. En este sentido, si se produce un aumento de temperatura, el sistema buscará evolucionar de forma tal de contrarrestar ese aumento de temperatura. Si estamos en el caso donde una reacción es exotérmica en el sentido directo, la liberación de energía calórica no ayudará a contrarrestar el aumento de temperatura observado por lo que tenderá a evolucionar hacia el sentido opuesto, preponderando la reacción inversa por sobre la directa.

Análogamente, supongamos una reacción endotérmica en el sentido directo, en donde el calor puede ser visto como un reactivo, frente un aumento de temperatura tenderá a consumir ese calor para contrarrestar el efecto del aumento de temperatura, por lo que el sistema evoluciona hacia productos, en el sentido directo.

Presión

La presión y el volumen tienen un tratamiento análogo, ya que como se sabe son inversamente proporcionales para los gases. Es por ello que, cambios en la presión influyen únicamente en sistemas que trabajan con especies en estado de agregación gaseoso y donde existe variación apreciable del número de moles en estado gaseoso.

Si aumenta la presión de un sistema, este evolucionará en tal sentido de contrarrestar el aumento de presión, eso implica una menor producción de moles de gas. Análogamente, si se produce una disminución de la presión, el sistema evolucionará hacia donde hay mayor producción de moles en estado gaseoso de forma de restaurar el descenso de presión.

El estudio puede hacerse de igual manera a partir del volumen, ya que una manera de aumentar la presión es disminuir el volumen y a la inversa.

Cabe destacar que variaciones en la presión o el volumen no afectan la constante de equilibrio de la reacción química.

Concentración

Cambios en las concentraciones de reactivos o productos harán que el sistema se desplace en busca de la producción de la especie que se vio disminuida o del consumo de la especie que se vio acrecentada, siempre que se trabaje a volumen constante.

Adición de un Catalizador

El añadido de un catalizador, es decir, una especie que no participa de la reacción química, tiene como objetivo la disminución de la energía de activación, por lo que, el equilibrio se alcanza más rápidamente. En otras palabras, no tiene influencia sobre el grado de avance de la reacción (no modifica el equilibrio) sino más bien tiene influencia sobre la velocidad con que la misma ocurre.

Las distintas perturbaciones son útiles en procesos industriales para aumentar la producción de determinados compuestos. Veamos como ejemplo el Proceso Haber para la producción de amoníaco a partir de Nitrógeno e Hidrógeno:

N2(g)+3H2(g) ⟷ NH3(g)

Veamos entonces cuales son las perturbaciones que pueden hacerse al sistema en equilibrio para aumentar la producción de amoníaco. En primer lugar, al aumentar la presión (o disminuir el volumen) a temperatura constante, el sistema evolucionará hacia donde haya menor producción de moles en estado gaseoso. Si observamos la reacción esto se da en el sentido directo, por lo que esta perturbación permitiría aumentar la producción de amoníaco.

En segundo lugar, se trata de un proceso exotérmico (que libera calor); por lo tanto, una disminución de la temperatura del sistema permitirá que este evolucione hacia donde se genera energía en forma de calor para contrarrestar la perturbación, por lo que, nuevamente aumentaría la producción de amoníaco.

Por último, en cuanto a las concentraciones de las especies. El añadido de cualquiera de los dos reactivos hará que la reacción se desplace en el sentido directo buscando formar más amoníaco. Mientras que, la remoción de amoníaco del sistema también permitirá aumentar su producción gracias a que el sistema buscará evolucionar para contrarrestar la disminución observada.

 
 
 
 
Por: Candela Rocío Barbisan. Ingeniera Química por la UNMdP, Argentina, trabaja en la gestión de activos e integridad a diversas industrias, principalmente Oil & Gas. Certificada en API 580, Risk Based Inspection, por el American Petroleum Institute. Profesora en la Facultad de Ingeniería en la UNMdP, en las cátedras de Química General I, Laboratorio de Operaciones Unitarias (4º año, Ing. Química) y Laboratorio de Reactores y Control (5º año, Ing. Química).
Trabajo publicado en: Dic., 2021.
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