Principio de Le Chatelier y definición de pH, desplazamiento y equilibrio

¿Qué enuncia el principio de Le Châtelier?

Un componente importante de la química es el estudio de las reacciones químicas. Una reacción química requiere la presencia de uno o más reactivos y productos. Los reactivos son las moléculas que experimentan cambios químicos en los átomos que las unen, mientras que los productos se forman como resultado de la reacción. Según estas definiciones, una reacción química se define como la conversión de reactivos en productos.

Cuando se producen reacciones químicas, los átomos unidos entre sí en los reactivos se descomponen y se forman nuevos enlaces entre los átomos en el producto o productos finales. Existen dos tipos principales de reacciones químicas. En el primer tipo, la reacción se desarrolla en una dirección hasta que se utilizan todos los reactivos para formar el producto. La reacción finaliza cuando se han consumido todos los reactivos.

En el segundo tipo de reacción, se forma un equilibrio en el que se forman simultáneamente tanto los reactivos como los productos. En las reacciones que mantienen el equilibrio químico, la concentración de los reactivos y los productos permanece igual y la reacción se desarrolla de forma continua. Como las reacciones directa e inversa ocurren al mismo tiempo, las reacciones de equilibrio se representan con una flecha doble o ⇋.

Una reacción en equilibrio puede continuar indefinidamente si se mantienen las mismas condiciones. Sin embargo, los cambios en la concentración, la temperatura o la presión pueden alterar este equilibrio y provocar un desplazamiento del mismo. Aquí es donde cobra importancia el trabajo del científico francés Henry-Louis Le Châtelier.

¿Qué es el principio de Le Châtelier en química? El principio de Le Châtelier describe cómo los cambios en una reacción de equilibrio pueden provocar un cambio en la ubicación del equilibrio de esa reacción. ¿Qué establece el principio de Le Châtelier? La definición del principio de Le Châtelier establece que los cambios en el sistema de una reacción en equilibrio producirán cambios en la ubicación del equilibrio.

Dado que el pH de una reacción también influye en la velocidad de la misma, el principio de Le Châtelier también es importante para describir cómo los cambios en las concentraciones de ácidos y bases afectan el equilibrio de una reacción. También detalla cómo determinar un cambio en la concentración cuando se añaden ácidos o bases a una reacción en equilibrio.

Principio de Le Châtelier y pH

Cuando las condiciones asociadas con una reacción de equilibrio cambian, la reacción se adaptará a estos cambios desplazando la ubicación del equilibrio hacia la izquierda o hacia la derecha:

• Cuando una reacción se desplaza hacia la izquierda, la concentración de los productos es mayor que la concentración de los reactivos, lo que favorece la formación de los reactivos para que la reacción vuelva al equilibrio.
• Cuando una reacción se desplaza hacia la derecha, la concentración de los reactivos es mayor que la de los productos, lo que favorece la formación de los productos para que la reacción vuelva al equilibrio.

Esta misma relación se aplica al examinar las reacciones ácido-base en equilibrio. Al observar la relación entre el principio de Le Châtelier y el pH, los cambios en la concentración de iones hidrógeno e hidróxido pueden producir desplazamientos similares hacia la izquierda y hacia la derecha en las reacciones ácido-base en equilibrio. En las siguientes subsecciones se analiza cómo el principio de Le Châtelier en las reacciones de equilibrio ácido-base reacciona a los cambios de pH.

Aumentando el pH

La adición de más iones hidróxido ({eq}OH^- {/eq}) aumenta la concentración de iones hidróxido que se encuentran en el lado del producto de una reacción de equilibrio ácido-base. El principio de Le Châtelier explica cómo cambiar el equilibrio de la reacción en estas condiciones.

Como se encuentran más iones hidróxido en el lado derecho, o lado del producto, de la reacción, el equilibrio ácido-base se altera. Para reducir la concentración de iones hidróxido, el equilibrio de la reacción se desplaza hacia la izquierda y favorece la formación de más reactivos.

En este ejemplo de una reacción de equilibrio ácido-base, el ácido acético ({eq}HC_2H_3O_2 {/eq}) se disuelve en agua ({eq}H_2O {/eq}) para formar el ion hidronio ({eq}H_3O^+ {/eq}) y acetato ({eq}C_2H_3O_2^- {/eq}).

La ecuación para esta reacción es:

{eq}HC_2H_3O_2 + H_2O ⇋ H_3O^+ + C_2H_3O_2^- {/eq}.

Si se añaden más iones acetato a la reacción, ocurrirán las siguientes cosas según el principio de Le Châtelier:

• La cantidad de iones hidróxido aumentará en el lado del producto de la reacción.
• El pH aumenta, haciendo que la reacción sea más básica.
• La reacción se desplazará hacia la izquierda para formar más reactivos.

Disminuyendo el pH

La adición de más iones de hidrógeno ({eq}H^+ {/eq}) aumenta la concentración de iones de hidrógeno que se encuentran en el lado reactivo de una reacción de equilibrio ácido-base. El principio de Le Châtelier establece que el equilibrio de la reacción se desplazará para dar cabida a la adición de iones de hidrógeno.

Como en el lado izquierdo (o lado reactivo) de la reacción hay más iones de hidrógeno, el equilibrio ácido-base se altera. Para reducir la concentración de iones de hidrógeno, el equilibrio de la reacción se desplaza hacia la derecha y favorece la formación de más productos.

En este ejemplo de una reacción de equilibrio ácido-base, el ácido nitroso ({eq}HNO_2 {/eq}) se disuelve en agua ({eq}H_2O {/eq}) para formar hidronio ({eq}H_3O^+ {/eq}) y dióxido de nitrógeno ({eq}NO_2^- {/eq}).

La ecuación para esta reacción es:

{eq}HNO_2 + H_2O ⇋ H_3O^+ + NO_2^- {/eq}.

Si se añade más ácido nitroso a la reacción, ocurrirán las siguientes cosas según el principio de Le Châtelier:

• La cantidad de iones de hidrógeno aumentará en el lado reactivo de la reacción.
• El pH disminuye, haciendo que la reacción sea más ácida.
• La reacción se desplazará hacia la derecha para formar más reactivos.

Resumen de la lección

Un tipo especial de reacción química es la reacción de equilibrio, que se representa con una flecha doble o ⇋. Una reacción en equilibrio significa que las reacciones directa e inversa ocurren al mismo tiempo y que la concentración de reactivos y productos permanece igual. Cuando las condiciones de un equilibrio cambian, el equilibrio de la reacción se desplazará según el principio de Le Châtelier. El principio de Le Châtelier también se aplica a la reacción de equilibrio ácido-base. En las reacciones ácido-base, el pH es una medida de la concentración de iones de hidrógeno en una solución.

Si se añaden más iones de hidrógeno a una solución, se reducirá el nivel de pH y la solución se volverá más ácida. Por el contrario, si se añaden más iones de hidróxido a una solución, se aumentará el nivel de pH y la solución se volverá más básica. Según el principio de Le Châtelier, si se aumenta el pH, habrá más iones de hidróxido, lo que desplazará el equilibrio de la reacción hacia la izquierda. Cuando se reduce el pH, habrá más iones de hidrógeno, lo que desplazará el equilibrio de la reacción hacia la derecha.