El principio de Le Chatelier es una de las herramientas más útiles para predecir cómo se comporta un sistema en equilibrio químico cuando se produce una perturbación externa. Dominar el principio de Le Chatelier es imprescindible para Selectividad, ya que aparece habitualmente junto a los ejercicios de equilibrio químico.
¿Qué dice el principio de Le Chatelier?
El principio de Le Chatelier establece que cuando un sistema en equilibrio químico es sometido a una perturbación externa (cambio de concentración, temperatura o presión), el sistema reacciona desplazándose en el sentido que tiende a minimizar o contrarrestar dicha perturbación, alcanzando un nuevo estado de equilibrio.
En otras palabras: si «empujas» el equilibrio en una dirección, el sistema «empuja» en sentido contrario para compensar.
Efecto de los cambios de concentración
Si se aumenta la concentración de un reactivo, el equilibrio se desplaza hacia los productos para consumir ese exceso. Si se aumenta la concentración de un producto, el equilibrio se desplaza hacia los reactivos. Si se disminuye la concentración de un producto (por ejemplo retirándolo del sistema), el equilibrio se desplaza hacia los productos.
Ejemplo: en el equilibrio N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃, si añadimos más N₂ el equilibrio se desplaza hacia la derecha (hacia los productos) para consumir el nitrógeno añadido.
Efecto de los cambios de presión
Los cambios de presión solo afectan a los equilibrios que involucran gases. Si se aumenta la presión, el equilibrio se desplaza hacia el lado con menor número de moles de gas. Si se disminuye la presión, el equilibrio se desplaza hacia el lado con mayor número de moles de gas.
Para saber hacia dónde se desplaza el equilibrio al cambiar la presión hay que contar los moles de gas en cada lado de la ecuación.
Ejemplo: en N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃, el lado izquierdo tiene 4 moles de gas (1+3) y el derecho tiene 2 moles. Si aumentamos la presión, el equilibrio se desplaza hacia la derecha porque hay menos moles de gas.
Si el número de moles de gas es igual en ambos lados (Δn = 0), los cambios de presión no afectan al equilibrio.
Efecto de los cambios de temperatura
El efecto de la temperatura depende de si la reacción es exotérmica o endotérmica. En una reacción exotérmica (ΔH < 0), el calor es un producto. Si aumentamos la temperatura estamos añadiendo calor al sistema, por lo que el equilibrio se desplaza hacia los reactivos para absorber ese calor. Si la reacción es endotérmica (ΔH > 0), el calor es un reactivo y al aumentar la temperatura el equilibrio se desplaza hacia los productos.
A diferencia de los cambios de concentración y presión, los cambios de temperatura sí modifican el valor de la constante de equilibrio Kc.
Efecto de los catalizadores
Los catalizadores no desplazan el equilibrio en ningún sentido. Lo que hacen es acelerar tanto la reacción directa como la inversa en la misma proporción, por lo que el sistema alcanza el equilibrio más rápidamente pero la posición del equilibrio (el valor de Kc) no cambia.
Resumen: tabla de predicciones
Para aplicar el principio de Le Chatelier de forma rápida en Selectividad recuerda: aumentar concentración de reactivo desplaza hacia productos; aumentar presión desplaza hacia menos moles de gas; aumentar temperatura en reacción exotérmica desplaza hacia reactivos; aumentar temperatura en reacción endotérmica desplaza hacia productos; añadir catalizador no desplaza el equilibrio.
Aplicación industrial: síntesis del amoníaco (proceso Haber)
El principio de Le Chatelier tiene aplicaciones industriales muy importantes. En la síntesis industrial del amoníaco mediante el proceso Haber, la reacción es: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ (ΔH = −92 kJ/mol).
Para maximizar el rendimiento de NH₃ se aplica el principio de Le Chatelier: se trabaja a alta presión (150-300 atm) porque hay menos moles de gas en los productos, y se usa una temperatura de compromiso (400-500°C) porque aunque la reacción es exotérmica y bajas temperaturas favorecerían los productos, a temperaturas muy bajas la velocidad de reacción sería demasiado lenta. Se usa un catalizador de hierro para alcanzar el equilibrio más rápidamente.
Lo que debes saber para Selectividad
El principio de Le Chatelier aparece casi siempre en los exámenes de Selectividad dentro del bloque de equilibrio químico. Los aspectos más evaluados son: predecir el desplazamiento del equilibrio ante cambios de concentración, presión y temperatura; justificar el efecto de los cambios de temperatura sobre el valor de Kc; explicar por qué los catalizadores no desplazan el equilibrio; y aplicar el principio al proceso Haber o a otros equilibrios industriales.
Recuerda que si la temperatura aumenta y la reacción es exotérmica, Kc disminuye. Si la temperatura aumenta y la reacción es endotérmica, Kc aumenta.
Conclusión
El principio de Le Chatelier es una regla cualitativa que permite predecir el comportamiento de cualquier sistema en equilibrio sin necesidad de calcular nada. Con los cuatro factores estudiados (concentración, presión, temperatura y catalizador) puedes responder a cualquier pregunta de este tipo en Selectividad. Si quieres practicar con ejercicios numéricos de equilibrio, no te pierdas el artículo sobre ejercicios resueltos de equilibrio químico con Kc y Kp disponible en Químicaweb.