Dominando el Principio de Le Chatelier: Factores Clave del Equilibrio Químico

Principio de Le Chatelier: Fundamentos del Equilibrio Químico

Cuando un sistema que se encuentra en equilibrio es sometido a una modificación externa, reacciona contrarrestando dicha perturbación para alcanzar un nuevo estado de equilibrio. Se pueden realizar varias modificaciones para desplazar el equilibrio:

Factores que Afectan el Equilibrio Químico

1. Modificación de la Cantidad de una Sustancia

Si se añade una sustancia (reactivo o producto), el sistema se desplazará para consumir parte de esa sustancia. Si se retira una sustancia, el sistema se desplazará para producir más de ella.

Ejemplo: ¿Hacia dónde se desplaza el equilibrio al introducir H₂ en el recipiente de la reacción N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)?

Según Le Chatelier, el sistema debe disminuir la cantidad de H₂. Para ello, consumirá H₂ y N₂, y aumentará la cantidad de NH₃. Por lo tanto, el equilibrio se desplazará hacia la derecha (hacia los productos).

2. Modificación de la Presión Total

La presión total cambia principalmente debido a una modificación del volumen del recipiente. La presión total y el volumen son inversamente proporcionales. Un cambio de volumen se traduce en un cambio de presión.

• Aumento de Volumen (Disminución de Presión): Si se aumenta el volumen de un recipiente, la presión total disminuye. El sistema, según Le Chatelier, deberá aumentar la presión total. Para ello, se desplazará hacia donde haya un mayor número de moles gaseosos. Para determinar esto, se suman los coeficientes estequiométricos de los gases en ambos lados de la ecuación; el equilibrio se desplazará hacia el lado con la mayor suma de moles gaseosos.

• Disminución de Volumen (Aumento de Presión): Si se disminuye el volumen de un recipiente, la presión total aumenta. El sistema se desplazará hacia donde haya un menor número de moles gaseosos.

• Introducción de un Gas Inerte:

  • A volumen constante: Si se introduce un gas inerte a volumen constante, la presión total aumenta, pero las presiones parciales de los gases reaccionantes no cambian. Por lo tanto, el equilibrio no se ve afectado y no se desplaza.

  • A presión constante: Si se introduce un gas inerte a presión constante, el volumen del recipiente aumenta. Por lo tanto, las concentraciones de los gases reaccionantes disminuyen y sus presiones parciales también disminuyen. En este caso, el sistema se desplazará hacia donde sea mayor el número de moles gaseosos (similar a un aumento de volumen).

3. Modificación de la Temperatura

La temperatura afecta tanto la posición del equilibrio como el valor de la constante de equilibrio (K).

• Aumento de Temperatura: Si se aumenta la temperatura, el sistema absorbe calor para contrarrestar el cambio. Esto desplaza el equilibrio hacia el lado endotérmico (ΔH > 0).

• Disminución de Temperatura: Si se disminuye la temperatura, el sistema desprende calor. Esto desplaza el equilibrio hacia el lado exotérmico (ΔH < 0).

En las reacciones reversibles, una dirección es endotérmica y la otra es exotérmica. Es crucial fijarse en el signo de la entalpía (ΔH) para la reacción directa: un ΔH positivo indica una reacción directa endotérmica, y un ΔH negativo indica una reacción directa exotérmica.

4. Adición de un Catalizador

Un catalizador aumenta la velocidad tanto de la reacción directa como de la inversa en la misma proporción. Por lo tanto, un catalizador solo ayuda a alcanzar el equilibrio más rápidamente, pero no desplaza la posición del equilibrio ni afecta el valor de la constante de equilibrio.

5. Modificación de la Cantidad de un Sólido o Líquido Puro

Las concentraciones de sólidos y líquidos puros se consideran constantes y no se incluyen en la expresión de la constante de equilibrio (Kc o Kp). Por lo tanto, modificar la cantidad de un sólido o líquido puro presente en el sistema no altera la posición del equilibrio, siempre y cuando haya suficiente cantidad para que esté presente.

Tipos de Sistemas en Equilibrio

Sistemas Homogéneos

En un sistema homogéneo, todas las sustancias reaccionantes y productos se encuentran en el mismo estado físico (por ejemplo, todos son gases o todos están disueltos en una misma fase líquida). Todas las sustancias participan en la expresión de la constante de equilibrio.

Sistemas Heterogéneos

En un sistema heterogéneo, las sustancias reaccionantes y productos se encuentran en diferentes estados físicos (por ejemplo, sólidos y gases, o líquidos y gases). En la expresión de la constante de equilibrio, solo se incluyen las sustancias en fase gaseosa y las disueltas (acuosas); los sólidos y líquidos puros no se incluyen.