Principio de LeChatelier: Interrupción y restablecimiento del equilibrio

Principio de Le Chatelier

Se forman burbujas en la botella abierta debido a un cambio de presión sobre el líquido.

Mira una botella de refresco cerrada. ¿Que ves? Sin agitarlo, ¿ve algún gas allí? ¿Alguna burbuja? ¿Alguna niebla? Lo más probable es que no vea gas, niebla o muchas burbujas. Esto se debe a que la presión en la botella mantiene todas las burbujas y el gas en la solución. El líquido y el gas están en equilibrio.

Ahora abre la botella. ¿Que ves? Probablemente vea burbujas, espuma o neblina. ¿Por qué? Porque ha cambiado la cantidad de presión sobre el líquido y el gas ya no permanece en solución. El cambio de presión hizo que la solución líquida y gaseosa dejara de estar en equilibrio. Eventualmente, como usted sabe, la mayor parte del gas abandonará el líquido y la soda se desinflará. Cuando esto sucede, el líquido y el gas vuelven a estar en equilibrio, solo un equilibrio diferente al de la botella cerrada.

El equilibrio se explica en química por el principio de Le Chatelier , que establece que cualquier cambio en una sustancia en un lado de la ecuación en concentración, temperatura o presión da como resultado un cambio de equilibrio para oponerse al cambio hasta que se alcanza un nuevo equilibrio. Otra forma de decir esto es que cuando un sistema que está en equilibrio se altera, el sistema se ajusta para reducir el cambio.

Por ejemplo, sabe que el volumen de un gas disminuye al aumentar la presión. Entonces, si tiene dos volúmenes de gas en equilibrio, si un volumen disminuye al aumentar la presión, el otro volumen debe aumentar al disminuir la presión. Piense en ello como un tambaleante. Cuando un lado sube, el otro debe bajar.

Los ajustes de equilibrio entre dos volúmenes de gas se pueden comparar con un vaivén.

Efecto del cambio en la concentración

Las reacciones químicas que están en equilibrio se ven afectadas por tres cambios diferentes: cambio en la concentración de productos o reactivos, cambio de temperatura y cambio de presión. Cuando uno de estos cambios o “factores estresantes” se aplica a una reacción en equilibrio, las velocidades de las reacciones directa e inversa ya no son iguales. El sistema cambiará para que se fabrique más producto o más reactivos. Sin embargo, con el tiempo, se alcanzará un nuevo equilibrio químico y las reacciones directa e inversa volverán a ser iguales.

El equilibrio se desplaza hacia la derecha cuando aumenta la reacción hacia adelante.

Si una reacción química en equilibrio tiene cambios en la concentración de los productos o reactivos, la reacción cambia hasta que vuelve al equilibrio. Por ejemplo, si aumenta la concentración del reactivo, esta tensión adicional en el sistema hace que la reacción produzca más producto, esencialmente haciendo que su tasa de avance sea mayor que su tasa de retroceso. Dado que la reacción hacia adelante está aumentando, se dice que el equilibrio se desplaza hacia la derecha. Esto continuará hasta que haya disminuido la concentración del reactivo. En este punto, las tasas de avance y retroceso volverán a ser iguales y la reacción estará en equilibrio.

Efecto del cambio de temperatura

El equilibrio se desplaza hacia la izquierda al aumentar la temperatura de las reacciones exotérmicas.

La temperatura también es un estrés en el sistema de reacción. Si una reacción es exotérmica, lo que significa que emite calor a medida que avanza, el aumento de la temperatura de la reacción provoca un desplazamiento hacia la izquierda. Por lo tanto, se descompone más producto y se produce más reactivo. A medida que se descompone el producto de una reacción generalmente exotérmica, se absorbe energía, por lo que al producir más reactivos, se elimina parte de la energía que se agrega al sistema a través del aumento de temperatura.

Lo opuesto también es cierto. Si se agrega energía en forma de calor a una reacción endotérmica, el equilibrio se desplazará hacia la derecha y se producirá más producto.

Efecto del cambio de presión

El último factor de estrés en un sistema es la presión. La presión tiene poco efecto sobre las reacciones que están en solución, pero puede afectar las reacciones de los gases. La razón de esto es que el volumen que toma un gas está relacionado con la presión a la que se encuentra el gas. Esto se explica por la Ley de Boyle, que dice que el volumen de un gas aumenta a medida que disminuye la presión sobre ese gas.

Un aumento de presión favorece la reacción que produce menos moléculas de gas. Entonces, si tiene una reacción de gas, A2 + 3 B2 -> 2 AB3 , puede ver que en el lado izquierdo de la reacción, hay cuatro moléculas de gas (una molécula de A2 y tres moléculas de B2 ), y en el lado derecho, hay dos. Entonces, aumentar la presión de esta reacción haría que el equilibrio se desplazara a la derecha para producir menos moléculas en general. Sin embargo, si la reacción fuera al revés – 2 AB3 -> A2 + 3 B2 – entonces el aumento de presión favorecería al reactivo porque solo hay dos moléculas de reactivo por cada cuatro moléculas de producto.

Resumen de la lección

Cuando se perturba un sistema que está en equilibrio, el sistema se ajusta para reducir el cambio. El equilibrio se explica en química por el principio de Le Chatelier , que establece que cualquier cambio en una sustancia en un lado de la ecuación en concentración, temperatura o presión da como resultado un cambio de equilibrio para oponerse al cambio hasta que se alcanza un nuevo equilibrio.

Cuando un sistema de reacción química se ve estresado por un aumento en la concentración de los reactivos, el sistema se desplaza hacia la derecha, hacia los productos. Si la concentración de productos aumenta, el sistema se desplaza hacia la izquierda, hacia los reactivos.

Cuando un sistema de reacción química exotérmica se ve estresado por un aumento de temperatura, la reacción se desplaza hacia la izquierda. Si la reacción química es endotérmica y la temperatura aumenta, la reacción se desplaza hacia la derecha.

Cuando una reacción que involucra gases tiene un aumento de presión, el sistema cambiará en la dirección que tenga la menor cantidad de moléculas de gas, ya sean reactivos o productos.

Los resultados del aprendizaje

Una vez que haya terminado con esta lección, podrá:

• Entra en detalles sobre el principio de Le Chatelier
• Aclarar qué se entiende por una reacción que se desplaza hacia la izquierda o hacia la derecha
• Explica los efectos de la concentración y la temperatura en las reacciones químicas.
• Arroje luz sobre la razón por la que un gas se ve afectado por un cambio de presión