El Principi de Le Châtelier

Javi Navarrete Navarro

Equilibri Químic

L'estat d'equilibri químic d'una reacció reversible és l'estat final del sistema en què les velocitats de reacció directa i inversa són iguals i les concentracions de les substàncies que hi intervenen es mantenen constants.

A l’equilibri ocorre

Els productes resultants d’una reacció es descomponen alhora que es formen i tornen a donar un altre cop els reactius.

Arriba un moment en què la velocitat de la reacció directa i inversa s'iguala, i s'assoleix l'equilibri. En aquest, encara que transcorrega molt de temps, les condicions d'equilibri no varien mentre no es modifiquin les condicions externes del sistema. Continuen tenint el mateix nombre de partícules de reactius i de productes, però aquests han anat canviant. En l'equilibri, les propietats macroscòpiques es mantenen invariables en el temps. A nivell microscòpic ( partícules ) continuen reaccionant; per això es diu que l'equilibri químic és un equilibri dinàmic.

Però... Què ocorre si modifiquem les condicions del sistema?

Le ChâtelierHenry Le Châtelier era fill d'un enginyer que va

exercir un important paper dins de la indústria francesa en el segle XIX ja que va participar en el seu naixement, especialment la indústria de l’alumini, en la introducció del procediment Martin-Siemens la siderúrgia i en el desplegament de transports ferroviaris. Tot això va influir decissivament en la futura carrera d'Henry.

Va efectuar els seus estudis en el Collège Rollin a París. Després, de només un any de matemàtiques especials, va entrar com son pare a L`École Polytéchnique (Escola Politècnica) el 25 d'octubre de 1869. Després d'un expedient brillant a l'Escola Politècnica (va ser el primer de la seva promoció) va entrar a L`École des Mines de París el 1871, d'on en va sortir en tercer lloc d'excel·lència. Va freqüentar el laboratori de Henri Sainte-Claire Deville en L'École Normale superieure. També va seguir estudis literaris i, després, va defensar en nombrosos assajos la importància dels estudis literaris en l'educació.

A pesar de la seva formació com a enginyer i de, fins i tot interessar-se en els problemes industrials, va preferir seguir una carrera de professor investigador en química en compte de seguir una carrera en la indústria. En 1887 va ser triat com a cap del departament de química general en L`École de Mines de París, que va exercir fins al seu retir .

Va intentar convertir-se en professor de química a l'Escola Politècnica en 1884 i en 1897, però no ho aconseguí. Va ser el successor de Paul en el càrrec de cap de química mineral en el Collège de France (Col·legi de França) després en La Sorbona va succeir a Henri Moissan. Va ser anomenat membre de L`Académie des Sciences (Acadèmia de les Ciències) en 1907 després de quatre temptatives desafortunades (1884-1897-1898 i 1900).

El Principi de Le Châtelier

Si un sistema químic en l'equilibri experimenta un canvi en la concentració d'algun dels seus components, en la temperatura, en el volum, o en la pressió total, llavors l'equilibri es desplaça en el sentit de contrarestar parcialment el canvi inicial.

Variació de la concentracióSi disminuïm la concentració d'un component, reactiu o

producte , en un equilibri químic, aquest es desplaçarà cap al sentit de la reacció química que tendeix a recuperar concentració perduda. En canvi, si s'augmenta la concentració d'un component, l'equilibri es desplaçarà cap al sentit en el qual es consumeix el component afegit. Per exemple si a la reacció representada per la següent equació s'afegeix hidrogen, H2, la reacció es desplaçarà cap a la dreta, consumint hidrogen i produint iodur d’hidrogen, HI:

H2 (g) + I

2 (g) → 2 HI(g)

Per contra si retiram hidrogen del sistema la reacció es desplaçarà cap a l'esquerra produïnt més hidrogen.

Quan s'augmenta la temperatura en un sistema en equilibri es desplaçarà en el sentit que absorbeixi la calor aplicada. I, al contrari, si es disminueix la temperatura del sistema aquest evolucionarà en el sentit de produir més calor i escalfar el sistema.

Les reaccions químiques són exotèrmiques en un sentit i endotèrmiques en l'altre. Si augmentam la temperatura la reacció evolucionarà en el sentit que és endotèrmica. Si disminuïm la temperatura la reacció es desplaçarà en el sentit que és exotèrmica.

Variació de la temperatura

Variació de la pressió

L'augment de la pressió de tot el sistema fa que l'equilibri es desplaci cap al sentit de la reacció química que produeix menys quantitat de mols gasosos. En el procés contrari, al disminuir la pressió l'equilibri es desplaça cap al costat que produeïx la major quantitat de mols gasosos.

Lògicament, en el cas que les quantitats de mols gasosos siguen iguals per a cada costat de l'equació, no es produiran canvis, és a dir que l'equilibre no es desplaçarà. També es pot augmentar la pressió del sistema sense afectar l'equilibri agregant un gas inert.

Funcions i aplicacions del principi

1. SÍNTESI ORGÀNICA, EN GENERAL.2. EL TRANSPORT D’OXIGEN EN EL COS.3. L’EQUILIBRI HOMEOSTÀTIC EN EL COS.4. LA FOTOSÍNTESI.

Problemes

Aquest principi no es compleix en totes les reaccions. Una de les reaccions més utilitzades per refutar aquest principi és la següent.

N2(g) + 3H

2(g) → 2NH

3(g) ΔHº = -46,2 kJ/mol ΔSº <0

En teoria si s’afegeix nitrogen es formarà major cantitat d’NH

3, però quan la fracció molar de nitrogen supera el 0.5

l’amoníac es descompon i deixa d’acomplir-se aquest principi.

AFEGIR GAS INERT A TEMPERATURA I PRESSIÓ CONSTANT

En teoría, afegir un gas inert supossaria un augment delvolum i un canvi de condicions del equilibri. Per exempleafegint argó a la reacció

PCL5(G) <--> PCl3(g) + Cl2(g)

hauríem d'observar un reajust de la reacció en referència ales noves concentracions, però el Principi de Le Chatelier no éscapaç de predir en quina mesura variarà el nombre de mols decada reactiu del sistema.

CAMBIAR LA TEMPERATURA D'UN SISTEMA GASOS A VOLUM CONSTANT

L e s r e a c c io n s q u ím iq u e s s ó n e x o t è r m iq u e se n u n s e n t it i e n d o t è r m iq u e s e n l'altre. Siaugmentam la temperatura la reacció evolucionarà enel sentit que és endotèrmica. Si disminuïm latemperatura la reacció es desplaçarà en el sentit que ésexotèrmica.

No obstant això, en augmentar la temperatura a volumconstant també augmentarà la pressió, per tant açòtambé afectarà a l'equilibri. El principi no és capaç depredir quin efecte tindrà major importància i enconseqüència cap a on evolucionarà el sistema.

Per aquestos motius des del punt de vista científic elprincipi de Le Chatelier ha estat marcat com inadecuat, per laseua ambigüetat i la seua impossibilitat de ser expressat de formaexacta. També cal remarcar que va estar formulat en un temps enque les aplicacions industrials marcaven el camí de la ciència, aixíque com en molts altres casos, va tractar de traure el màximprofit a la producció industrial.