Principio de Le Châtelier: presión, temperatura y catalizadores en el equilibrio químico

Introducción al Principio de Le Châtelier

Según el principio de Le Châtelier, cuando el equilibrio de una reacción es alterado por factores externos (como cambios de presión, temperatura o concentración), la reacción se desplaza en el sentido que contrarreste dichos factores, alcanzando así un nuevo estado de equilibrio.

Caso Práctico 1: Reacción de Descomposición del Tetraóxido de Dinitrógeno

Cuestiones Planteadas

1. Efecto de la Compresión en la Cantidad de Dióxido de Nitrógeno

   a) Si se comprime la mezcla, razona qué ocurrirá con la cantidad de dióxido de nitrógeno ($NO_2$).

2. Naturaleza Termodinámica de la Descomposición

   b) Si al aumentar la temperatura aumenta la concentración de dióxido de nitrógeno ($NO_2$), explica si la descomposición del tetraóxido de dinitrógeno ($N_2O_4$) es un proceso endotérmico o exotérmico.

3. Influencia de la Adición de un Catalizador

   c) Indica cómo afectaría al equilibrio anterior la adición de un catalizador.

Respuestas Detalladas

1. Respuesta a la Compresión (Aumento de Presión)

   Si se comprime la mezcla, la presión está aumentando. Por lo tanto, se favorecerá la reacción que disminuya la presión, es decir, aquella que tenga menor número de moles gaseosos. En la reacción $N_2O_4 \rightleftharpoons 2NO_2$, el sentido inverso (hacia $N_2O_4$) tiene menos moles (1 mol frente a 2 moles). La reacción se desplazará en sentido **inverso**, lo que influirá en que se **disminuya** la cantidad de dióxido de nitrógeno ($NO_2$).

2. Respuesta al Aumento de Temperatura (Proceso Endotérmico)

   Si al aumentar la temperatura aumenta la concentración de dióxido de nitrógeno ($NO_2$), significa que la reacción directa ($N_2O_4 \rightarrow 2NO_2$) es favorecida. Dado que un aumento de temperatura favorece el sentido endotérmico, la descomposición del tetraóxido de dinitrógeno ($N_2O_4$) es un proceso **endotérmico**.

3. Respuesta a la Adición de un Catalizador

   La adición de un catalizador **no altera la posición del equilibrio** químico. Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de la reacción (tanto directa como inversa) y se recupera inalterada al final del proceso. Su función es reducir el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio.

Caso Práctico 2: Efectos de Diversas Alteraciones en un Equilibrio Genérico

El principio de Le Châtelier establece que si se altera una reacción química en equilibrio por una causa externa, el equilibrio se desplaza en el sentido que contrarreste dicha alteración, hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio.

Escenarios de Alteración

• A) Disminución de la Presión

  Si disminuye la presión de una reacción en equilibrio, se favorece la semirreacción que la haga aumentar, es decir, la que produce un mayor número de moles gaseosos. La reacción, por lo tanto, se desplazará en sentido **directo** (asumiendo que el sentido directo produce más moles).

• B) Aumento de la Temperatura

  Si aumenta la temperatura de una reacción en equilibrio, se favorecerá aquella que la haga disminuir, es decir, la **endotérmica**. Si la reacción directa es exotérmica, el equilibrio se desplazará en sentido **inverso** (endotérmico) para contrarrestar el aumento de temperatura.

• C) Eliminación de Agua

  Si se elimina agua (asumiendo que es un producto), el sistema intentará reponerla. Por lo tanto, la reacción se desplazará hacia la formación de productos (sentido **directo**) para alcanzar el nuevo equilibrio.

• D) Presencia de un Catalizador

  La presencia de un catalizador **no afecta la posición del equilibrio**. Solo aumenta la velocidad a la que se alcanza dicho equilibrio. En caso de que el catalizador se inserte antes de que se produzca la reacción, aumentará la velocidad de producción de la misma.