Principio Lechatelier

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CAPÍTULO

15 • Velocidades de reacción y equilibrio químico

Todos los compuestos que intervienen en esta reacción reversible son gases. Con base en los trabajos de Gay-Lussac y de Avogadro, sabemos que los coeficientes que se indican en la ecuación corresponden a los volúmenes en que los gases reaccionan. La ecuación muestra un total de 4 moles de reactivos y 2 moles de productos,todos ellos gases. Con base en el estudio de los gases (Capítulo 12), sabemos que 2 moles de gas ejercen menos presión que 4 moles de gas. Por consiguiente, conforme la reacción avanza debe haber una disminución de la presión para que el volumen y la temperatura se mantengan constantes. Las concentraciones específicas de equilibrio de los reactivos y productos dependen de las condiciones específicasdel equilibrio. Si se impone una perturbación a la mezcla de gases en equilibrio aumentando la presión (reduciendo el volumen del recipiente), el equilibrio se altera. Parte del N2 y del H2 reaccionan para formar más amoniaco, y se establece un nuevo equilibrio (Fig. 15.17). Examinemos lo que ha ocurrido. Cuando se sometió el sistema en equilibrio a la perturbación de una presión mayor, elequilibrio se desplazó para aliviar la presión. La nueva mezcla en equilibrio contiene un porcentaje de amoniaco más grande porque el equilibrio se desplazó hacia la derecha. Cuanto mayor es la presión, más se desplaza el equilibrio hacia la derecha, y más se favorece la producción de amoniaco. En el siglo XIX se hicieron numerosas observaciones de desplazamientos del equilibrio debidos a cambios deconcentración. Henri Louis Le Châtelier (1850-1936) explicó estos desplazamientos del equilibrio en 1888 con base en un sencillo enunciado conocido como principio de Le Châtelier. Si se aplica una perturbación (como un cambio de concentración, presión o temperatura) a un sistema en equilibrio, el sistema se desplaza en el sentido que alivia la perturbación. El químico alemán Fritz Haber adquirió granfama por la aplicación que dio al principio de Le Châtelier en sus trabajos encaminados a perfeccionar un método para la síntesis industrial de amoniaco. El proceso que ideó, conocido como proceso Haber, consiste en la reacción de nitrógeno gaseoso con hidrógeno gaseoso a una temperatura moderadamente alta (alrededor de 450°C) y a una presión muy grande (aproximadamente 300 atm) en presencia deun catalizador especial. Como resultado de su trabajo, Haber se hizo acreedor al premio Nobel de química de 1918. Lee el recuadro “Síntesis de amoniaco” para conocer más detalles relacionados con este importante proceso industrial. A continuación se describirán tres factores que influyen en el equilibrio de un sistema de acuerdo con el principio de Le Châtelier.
Figura 15.17 Ilustración delprincipio de Le Châtelier. (a) Sistema en equilibrio con 10 H2, 5 N2 y 3 NH3, lo que hace un total de 18 moléculas. (b) Se fuerza a las mismas moléculas a ocupar un volumen más pequeño, con lo cual se impone una perturbación adicional al sistema. (c) Más moléculas de H2 y N2 se han convertido en NH3. Se ha establecido un nuevo equilibrio con 4 H2, 3 N2 y 7 NH3, un total de 14 moléculas. La perturbaciónse ha aliviado en parte por la reducción en el número total de moléculas.

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CAPÍTULO

15 • Velocidades de reacción y equilibrio químico

Si se aumenta la concentración de N2:

N2(g) Aumenta

3 H2(g) Disminuye

2 NH3(g) Aumenta

El equilibrio se desplaza hacia la derecha, en favor de los productos. La extracción de amoniaco del sistema cerrado también desplaza el equilibriohacia la derecha. Sin embargo, una extracción de cualquiera de los dos reactivos o un aumento en la concentración de amoniaco desplazará el equilibrio hacia la izquierda y favorecerá la reacción inversa.

Cambios de temperatura
En el caso de las reacciones endotérmicas, se puede considerar al calor como un reactivo cuando se aplica el principio de Le Châtelier para predecir desplazamientos del...