Principio de Le Chatelier

Principio de Le Chatelier

El principio de Le Chatelier establece que, si se produce una perturbación en un sistema en equilibrio, el sistema evoluciona en el sentido de anular dicha perturbación hasta recuperar nuevamente el equilibrio.

Dicho de otra forma, si cambiamos alguna variable cuando el sistema está en equilibrio, éste va a desplazarse para contrarrestarla. 

Para responder a estos ejercicios siempre tenemos que responder a las siguientes preguntas: 

¿Qué perturbación se ha producido en el equilibrio? ¿Cómo lo compensará el equilibrio? ¿Hacia qué sentido se desplazará para hacerlo? Veamos los tipos de preguntas que pueden hacernos en los ejercicios que involucran Le Chatelier.

Variaciones en las concentraciones 

Cuando se varían las concentraciones en un sistema en equilibrio, el sistema responde desplazándose en la dirección que contrarreste ese cambio. El sistema va a volver siempre a la proporción entre reactivos y productos que equivale a Kc, consumiendo el exceso de las especies añadidas o formando nueva cantidad de especies que desaparezcan. Veamos un ejemplo. 

En un recipiente cerrado se establece el siguiente equilibrio: 

¿Cómo afecta al equilibrio un aumento de la concentración de oxígeno?

Hagámonos las tres preguntas:
¿Qué perturbación se ha producido en el equilibrio? Aumenta la concentración de O2 (producto)
¿Cómo lo compensará el equilibrio? Disminuyendo la concentración de O2
¿Hacia qué sentido se desplazará para hacerlo? Hacia el sentido que haga que se consuma el O2
 

Conclusión: el sistema evolucionará hacia la izquierda (hacia los reactivos).

A veces, en los ejercicios, no te hablarán de un cambio en las concentraciones, sino de un cambio en las presiones parciales. Por ejemplo, en este ejercicio podrían habernos hecho la misma pregunta como “¿cómo afecta al equilibrio un aumento en la presión parcial del oxígeno?”. 

Variaciones en el volumen (o presión)

Al variar el volumen en un sistema, se generan cambios en su presión. Al disminuir el volumen, las partículas chocan más veces contra las paredes del recipiente que las contiene y, por tanto, aumenta la presión. 

Al aumentar el volumen, las partículas chocan menos veces contra las paredes del recipiente que las contiene y, por tanto, disminuye la presión. 

El equilibrio puede aumentar o disminuir la presión desplazándose hacia donde más o menos moles gaseosos haya, respectivamente. La presión es directamente proporcional al número de moles gaseosos de una sustancia. Veamos un ejemplo de cómo calcular esto. 

Ejemplo resuelto: Razona hacia dónde se desplazará el siguiente equilibrio si aumenta la presión:

¿Qué perturbación se ha producido en el equilibrio? Aumento de la presión
¿Cómo lo compensará el equilibrio? Disminuyendo la presión
¿Hacia qué sentido se desplazará para hacerlo? Hacia donde menos moles gaseosos haya. En los reactivos hay 6 moles gaseosos en total, y en los productos, 5 (fíjate que el I2O5 es un sólido). 

Conclusión: El sistema se desplazará hacia la derecha (productos)

Ejemplo resuelto: ¿Cómo afectaría a este equilibrio una disminución de la presión?

¿Qué perturbación se ha producido en el equilibrio? Disminución de la presión
¿Cómo lo compensará el equilibrio? Aumentando la presión 
¿Hacia qué sentido se desplazará para hacerlo? Hacia más moles gaseosos haya, pero a ambos lados hay los mismos. 

Conclusión: El sistema no se desplazará. Un aumento en la presión no afecta a este equilibrio.

Ejemplo resuelto: ¿Cómo afecta al siguiente equilibrio equilibrio la adición de 5 moles de Ne?

El Ne no participa en el equilibrio. Por tanto, no va a afectar a ninguna de las presiones parciales de los elementos ya presentes. Sin embargo, sí que va a aumentar la presión total, al aumentar el número de moles en el reactor. 

¿Qué perturbación se ha producido en el equilibrio? Aumenta la presión
¿Cómo lo compensará el equilibrio? Disminuyendo la presión 
¿Hacia qué sentido se desplazará para hacerlo? Hacia menos moles gaseosos haya. A la izquierda hay 3 y a la derecha 1. 

Conclusión: El sistema se desplazará hacia la derecha (productos).

Variaciones en la temperatura

Las variaciones en la temperatura afectan al equilibrio según si la reacción es exotérmica o endotérmica. 

Si aumenta la temperatura del medio, el sistema se desplazará en el sentido endotérmico, para absorber ese exceso de temperatura. 
Si disminuye la temperatura del medio, el sistema se desplazará en el sentido exotérmico, para liberar energía y elevar de nuevo la temperatura. 

Recuerda que sabemos si una reacción es exotérmica o endotérmica por el signo de su variación de entalpia (negativa en el primer caso y positiva en el segundo)

Ejemplo resuelto: ¿Cómo afectará al siguiente equilibrio una disminución de la temperatura?

¿Qué perturbación se ha producido en el equilibrio? Disminución en la temperatura del medio
¿Cómo lo compensará el equilibrio? Aumentando la temperatura del medio
¿Hacia qué sentido se desplazará para hacerlo? En el sentido exotérmico. La reacción, tal cual está escrita, para pasar de reactivos a productos, tiene una entalpía positiva. Es decir, es endotérmica. Así que debe ir en sentido contrario. 

Conclusión: El sistema se desplazará hacia la izquierda (reactivos) 

A veces, nos harán la pregunta de forma inversa. Por ejemplo, para esta misma reacción, pueden preguntarnos: ¿cómo se favorece la formación de I2O5, a altas o bajas temperaturas?

Tenemos que entender que el sistema se desplazará hacia la formación del óxido (productos) cuando generemos una perturbación opuesta. Si se desplaza hacia los productos, se desplaza en sentido endotérmico (absorbe temperatura del medio). Para favorecer esa respuesta, necesitamos aumentar la temperatura del medio. 

Así que se consigue más formación de pentaóxido de diyodo a altas temperaturas. 

Elementos que no afectan al equilibrio, aunque te intenten engañar

Existen ciertos elementos que no afectan al equilibrio químico. Muchas veces, te intentarán pillar con ellos en los ejercicios. Los ejemplos más claros son los catalizadores, la adición de sustancias sólidas o de líquidos puros. 

Los catalizadores no modifican el equilibrio. Aceleran el proceso directo e inverso de la misma forma. Así que, si te preguntan cómo se desplazará un equilibrio al añadir un catalizador, del tipo que sea, la respuesta es que el catalizador no afecta al equilibrio. 

Cuando se adicionan o se eliminan sólidas o líquidas, no se genera ninguna modificación en el equilibrio. Los únicos moles que afectan a la presión del sistema son los gaseosos. 

Veamos, por ejemplo:

Ejemplo resuelto: ¿Cómo afecta al equilibrio la adición de un catalizador negativo?

De ninguna forma. El catalizador modifica la velocidad de la reacción directa e inversa de la misma forma. En este caso, las ralentiza. Así que el equilibrio se alcanzará de forma más lenta, pero se llegará a las mismas condiciones. 

Ejercicios resueltos

En el siguiente equilibrio prediga, razonadamente, cómo se modificará el equilibrio cuando se realicen los siguientes cambios: 

a) Una disminución de la temperatura. 

b) La adición de C(s). 

c) Una disminución de la presión de H2, manteniendo la temperatura constante

2. ¿Cómo afectará a la concentración de NO en el equilibrio las siguientes variaciones?

a) Aumento en la temperatura

b) Aumento en la presión

c) Adición de un catalizador

d) Adición de Xe