EQUILIBRIO QUÍMICO: Principio de Le Chatelier

SISTEMAS EN EQUILIBRIO

✋🔍🔬¡Hola lectores! En esta ocasión me gustaria retomar algunos temas de química y me pareció adecuado comenzar con un tópico muy abordado en las clases de Química General, el equilibrio químico. Veremos como un sistema de solutos se disuelve en un solvente determinado hasta alcanzar el equilibrio. Además, analizaremos qué variables podemos modificar para perturbar ese equilibrio. 

Si estás interesado o interesada en conocer más sobe compuestos químicos, te invito a que explores los siguientes enlaces que abordan en detalle el mundo de las moléculas, los compuestos químicos y los sistemas: Química Inorgánica (Binarios), Química Inorgánica (Ternarios), Compuestos Cuaternarios y Gases Ideales.

EL EQUILIBRIO QUÍMICO

Pensemos lo siguiente: ¿qué sucedería si adicionamos algunos cristales de yodo (I2) a un solvente como el etanol a 25°C que se encuentra en un vaso de precipitados y lo tapamos?.

Podríamos comprobar que inicialmente el líquido es incoloro, pero al cabo de cierto tiempo aparece alrededor de los cristales un color rojizo. Si agitamos el vaso de precipitados, el color difunde. Hemos disuelto el I2 en etanol (Figura 1). 

Figura 1: Cuando el yodo se disuelve en etanol toma el color rojizo característico.

¿Cómo ocurre este fenómeno?

Cuando ponemos en contacto un soluto sólido (el I2) con un solvente líquido (el etanol), las partículas de la superficie del sólido, abandonan la red cristalina y pasan a la fase líquida. El color de la solución se intensifica en función del tiempo como producto del aumento en la concentración de yodo disuelto.

Si continuáramos agregando I2  a la solución llegaría un momento en el que el color no se haría ya más intenso y parte de soluto ya no se disolvería. Si medimos la concentración veríamos que comienza a mantenerse constante independientemente del agregado de má soluto. 

Hagamos unos experimentos caseros:

Pongamos en un vaso 100 ml (o gramos) de agua líquida y agreguemos 40 gramos de sal (NaCl). Podemos chequear la temperatura del día, por ejemplo, 20°C.Tapemos el vaso con algo que encuentres por ahí y agitemos con una cuchara. Observemos al cabo de un momento. Si todo sucede a 20°C veremos que se han disuelto 36 gramos de sal y 4 gramos se han depositado en el fondo del vaso.

Tomemos ahora 45 gramos de hielo y dejemoslo llegar a 0°C. Luego tomemos 100 ml de agua a 20°C. Pongamos todo dentro de un termo, lo tapamos y agitamos. Si medimos la temperatura del agua líquida, veremos que desciende hasta alcanzar 0°C. Al cabo de un tiempo, la temperatura se mantiene costante y la relación masa de hielo y masa de agua también se mantienen constantes.

Figura 2. Resumen de las experiencias para el análisis del equilibrio químico.

Análisis de los resultados

Luego de realizadas estas experiencias vale preguntarse ¿cuál es el estado inicial del proceso? ¿cuál es el estado final?

En cada una de las experiencias, se parte de un estado inicial dado; el sistema se ha transformado a lo largo del tiempo hasta alcanzar un estado final.

El estado final se caracteriza debido a que su presión y temperatura no se alteran con el tiempo. Cuando un sistema cerrado alcanza estas condiciones, se dice que está en estado de equlibrio.

¿El equilibrio significa que dentro del sistema ya no se producen ningún tipo de transformaciones?

Cuando en la experiencia de la Figura 1 se agregó yodo al etanol, este fue disolviéndose produciendo un aumento de su concentración en la solución resultante. Sin embargo, algunas de las moléculas de yodo que están en la solución regresan a la superficie del sólido (disminuyendo la concentración de I2 en la solución). Es decir que, a una temperatura y presión dadas se están verificando dos procesos opuestos: la disolución y la precipitación. Alcanzado el equilibrio, ambos procesos se verifican con igual velocidad.

En la experiencia de la sal en agua, podemos concluir que el NaCl sólido está en equilibrio con la solución acuosa con la sal disuelta y que se producen también los dos procesos: disolución y precipitación en simultáneo.

En la experiencia del agua y el hielo, algunas moléculas del agua sólida han pasado al estado líquido, mientras que para mantener el balance de masas, el mimso número de moléculas de la fase líquida debió pasar al estado sólido. Por lo tanto, se producen dos fenómenos en simultáneo: la fusión y la solidificación.

Estamo en condiciones entonces de responder la pregunta y esa respuesta es que todo el tiempo se están produciendo transformaciones en una solución que ha alcanzado el equilibrio. Estamos en presencia de un equilibrio dinámico.

🔬⌛Principio de Le Chatelier🔬⌛

Pensemos nuevamente en la experiencia del NaCl disuelto en agua. En esta solución teníamos un equlibrio entre el NaCl diuelto y el NaCl en estado sólido. Agreguemos ahora 1 gramo (1 ml) de agua a la misma presión y temperatura.
En el momento de agregar el agua disminuirá la concentración de NaCl en la solución (porque hay más solvente) y a su vez, deja de estar en equilibrio con la sal sólida. Perturbamos el sistema. Sin embargo, el sistema tenderá al equilibrio y eso lo logrará disolviendo parte del NaCl sólido.

En este ejemplo, alteramos el sistema, es decir, lo hemos sacado de su condición de equlibrio y el sistema ha evolucionado tratando de recuperarlo.

Henry Le Chatelier resumió el efecto de la modificación de las variables como la presión, la temperatura, la concentración sobre los sistemas que se encuantran en equilibrio en un enunciado que dice lo siguiente:

Cualquier cambio en las variables de un sistema en equilibrio produce una evolución en dicho sistema en el sentido de tratar dee contrarrestar el cambio impuesto

.

 Los cambios realizados sobre un sistema pueden ser esquematizados de la siguiente forma:

Cuando estamos en presencia de un sistema en equilibrio, utilizamos la doble flecha para indicar ese equilibrio:

Siempre que escribimos una reacción química, del lado izquierdo se escriben los reactivos y del lado derecho los productos:

Cuando queremos mostrar una perturbación en el equilibrio, escribimos dicha perturbación en la reacción y si esta va a afectar a los reactivos o a los productos:

La diferencia en el tamaño de las flechas indica hacia donde se desplazará la reacción para retornar nuevamente al equilibrio.

En próximas entradas veremos como resolver ejercicios de equilibrio químico. 

¡Gracias por leer!

Referencias

Soy Licenciada en Ciencias Biológicas y tengo un PhD en Química Biológica. Escribo esta página basada en mi experiencia como docente e investigadora y utilizo fuentes de información confiables para la redacción de los artículos que dejo a continuación:

1. Temas de Química General. M. Angelini. Ed Eudeba, 2007