El principio de lechatelier deriva de una observación que se realiza sobre los equilibrios químicos que se dan en las diferentes reacciones.
El mismo establece que los cambios que se producen en la temperatura, presión, volumen, concentración de un sistema resultarán en cambios que pueden ser predecibles.
Algunos de estos cambios también pueden ser opuestos en el sistema en pro de lograr un nuevo estado de equilibrio.
El principio de lechatelier ayuda de manera práctica en la comprensión de condiciones de reacción que podrían favorecer una mayor formación de productos.
Origen y definición del principio de lechatelier
El químico francés Henri Louis Le Chatelier desarrolló el principio de lechatelier o principio de los equilibrios químicos para el año de 1888.
Su enunciado principal dicta lo siguiente:
Si un sistema de equilibro es sometido a un determinado cambio en sus condiciones, éste se desplazará a una nueva posición para contrarrestar el efecto que causó su desplazamiento en pro de recuperar el equilibrio.
El equilibrio químico es sustentado y derivado del principio de lechatelier.
El equilibrio químico
Este es un indicador que nos permite determinar la cantidad de producto que podríamos obtener a partir de una determinada temperatura y un lapso de tiempo.
Una vez obtenido esto, el resto permanecerá constante, porque se habrá alcanzado el equilibrio.
Si se presentare algún agente externo, el sistema reaccionará de tal manera que la perturbación de este e verá contrarrestada, alcanzando un nuevo equilibrio.
El principio de lechatelier explica que un estado de equilibrio químico se mantiene de la misma manera siempre y cuando no se alteren las condiciones que tenga el sistema.
Cuando se modifica algún parámetro, este se traslada en una determinada dirección ya sea hacia los reactivos o hacia los productos con el objetivo de poder alcanzar un nuevo estado de equilibrio.
Los parámetros recurrentes en modificar el sistema son los siguientes: la presión, la temperatura, volumen o la concentración de algunas de sus partes.
Presión
De llegar a aumentar la presión de un sistema en equilibrio, éste se desplazará de forma que disminuya el volumen lo máximo posible, es decir, en el sentido que alivie la presión.
Un ejemplo convencional es el gas, que entre sus propiedades posee el de adaptarse al espacio que lo contiene, sustento del principio de lechatelier.
Su funcionamiento es inicialmente así: Al existir dos volúmenes de gas del lado de los productos, implica que hay una mayor cantidad de moléculas de NO2 y al aumentar la presión se favorece un mayor número de colisiones entre moléculas en el lado de los productos, por lo que el equilibrio se desplaza hacia la izquierda.
Temperatura
La variación de equilibrio causada por un cambio de temperatura dependerá de si la reacción es exotérmica, o endotérmica.
Las reacciones exotérmicas consideran al calor como uno de sus productos, por lo que al aumentar la temperatura el equilibrio se desplaza hacia la izquierda.
La fórmula sería la siguiente: A + B Û AB + calor
En el caso contrario, cuando hay disminución de la temperatura, la misma se desplaza hacia la derecha. Estos fenómenos son constantes y es poco probable que se diferencien cambiando de sentido.
Las reacciones endotérmicas son aquellas que consideran al calor como un reactivo.
La fórmula en este caso es: A + B + calor Û AB
En este caso, de aumentar la temperatura se crearía un desplazamiento del equilibrio hacia la derecha y si llegare a disminuir, sería hacia la izquierda.
Como se acotó, este fenómeno es constante y poco probable que cambie. Se debe tomar en cuenta si es un hecho exotérmico o endotérmico para evitar confusiones.
Volumen
El volumen se asocia directamente a la temperatura ya que éste evalúa la menor o mayor cantidad de compuesto.
El principio de lechatelier nos muestra que si un sistema se encuentra en equilibrio químico y se le modifica el volumen a temperatura constante y este cambia la relación de la composición ocurrirá una reacción espontánea para contrarrestar dicho cambio y establecer un nuevo estado de equilibrio.
El mismo, aunque predecible en teoría, amerita el correcto control en su aplicación, fuerza y uso de reactivos para no plus alterar su inestabilidad.
Concentración
Si la concentración de una de las sustancias de un sistema en equilibrio se cambia, el equilibrio tiende a variar de tal forma que pueda compensar este cambio.
De aumentar la concentración de uno de los reaccionantes, el equilibrio se desplaza hacia la derecha o hacia el lado de los productos.
Si se agregan más reactivos, la reacción se desplazará hacia la derecha hasta que se reestablezca el equilibrio.
De removerse los productos la reacción se desplazará hacia la izquierda hasta que se reestablezca el equilibrio.
En síntesis, el principio de lechatelier nos explica que la variación de la concentración de uno o más de los componentes en un equilibrio químico, constituye en sí una fuerza y ésta, amerita ser estabilizada.
Aplicaciones del principio de lechatelier
El principio de lechatelier es aplicado a diario en procesos industriales, para conocer las condiciones que favorecen el desplazamiento del equilibrio para poder formar un producto.
Con dicha estabilización o equilibrio realizado de manera adecuada es que se logra conseguir el mayor rendimiento en el proceso y en el producto terminado.
Si bien ha conseguido calar en elaboración de muchos compuestos para las industrias petroquímica, del plástico y de productos de limpieza, su principal aplicación es la formación del amoníaco.
A esto se le llama proceso de Haber, una ecuación química superior que es trabajada a grandes escalas industriales por empresas optimizadas para la obtención del NH3.
En la formulación del amoníaco juegan papel preponderante las temperaturas no elevadas, los volúmenes exactos, la concentración de los componentes y el uso de alta presión.
Ejemplos cotidianos del principio de lechatelier
La naturaleza utiliza el principio de lechatelier para recubrir de estalactitas los techos de las cavernas, bajas temperaturas y alta presión aplican.
Mientras más bajas las temperaturas y más altura, la presión aumenta la hemoglobina que por proceso químico orgánico estabiliza a la oxigenación.
La fotosíntesis, donde la temperatura es alta pero la presión a nivel del suelo y hasta los 30 metros (tamaño standard de árboles), es baja.
Para la elaboración de la cerveza: conociendo la temperatura y la presión a la que se somete el lúpulo y la cebada, con el principio de lechatelier se logra conocer el tiempo y la velocidad de la fermentación inducida.
Cuando en una botella con alguna bebida fría, resulta que el frío entra en contacto con la temperatura ambiental que al ser caliente, condensa al agua en ese ambiente (recipiente).