Principio de Le Chatelier-Brown
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 1 de octubre de 2021; la verificación requiere 1 edición .El principio de Le Chatelier-Brown ( 1884 ) - si se actúa desde el exterior sobre un sistema en equilibrio estable, cambiando cualquiera de las condiciones de equilibrio ( temperatura , presión , concentración , campo electromagnético externo ), entonces los procesos en el sistema se intensifican. , dirigida al lado de la resistencia al cambio.
Henri Le Chatelier ( Francia ) formuló este principio termodinámico de equilibrio en movimiento, luego generalizado por Karl Brown [1] .
El principio es aplicable al equilibrio de cualquier naturaleza: mecánico, térmico, químico, eléctrico ( efecto Lenz , fenómeno Peltier ) [2] .
Si las condiciones externas cambian, esto conduce a un cambio en las concentraciones de equilibrio de las sustancias. En este caso, se habla de una violación o desplazamiento del equilibrio químico .
El equilibrio químico cambia en una dirección u otra cuando cambia cualquiera de los siguientes parámetros:
- temperatura del sistema, es decir, cuando se calienta o se enfría
- presión en el sistema, es decir, cuando se comprime o se expande
- concentración de uno de los participantes en la reacción reversible
El efecto de la temperatura
El símbolo +Q o −Q , escrito al final de la ecuación termoquímica, caracteriza el efecto térmico de la reacción directa. Es igual en magnitud al efecto térmico de la reacción inversa, pero de signo opuesto.
El efecto de la temperatura depende del signo del efecto térmico de la reacción. Cuando la temperatura aumenta, el equilibrio químico se desplaza en la dirección de la reacción endotérmica , cuando la temperatura disminuye, en la dirección de la reacción exotérmica . En el caso general, cuando cambia la temperatura, el equilibrio químico se desplaza hacia el proceso, el signo del cambio de entropía en el que coincide con el signo del cambio de temperatura.
La dependencia de la temperatura de la constante de equilibrio en sistemas condensados se describe mediante la ecuación isobara de van't Hoff:
en sistemas con una fase gaseosa - por la ecuación de isocoras de van't Hoff
En un pequeño rango de temperaturas en sistemas condensados, la relación entre la constante de equilibrio y la temperatura se expresa mediante la siguiente ecuación:
Por ejemplo, en la reacción de síntesis de amoníaco
el efecto térmico en condiciones estándar es de +92 kJ/mol, la reacción es exotérmica, por lo tanto, un aumento de la temperatura conduce a un cambio en el equilibrio hacia los materiales de partida y una disminución en el rendimiento del producto.
Efecto de la presión
La presión afecta significativamente la posición de equilibrio en las reacciones que involucran sustancias gaseosas, acompañadas de un cambio en el volumen debido a un cambio en la cantidad de sustancia en la transición de sustancias iniciales a productos:
Al aumentar la presión, el equilibrio se desplaza en la dirección en que disminuye el número total de moles de gases y viceversa.
En la reacción de síntesis de amoníaco , la cantidad de gases se reduce a la mitad: N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3
Esto significa que al aumentar la presión, el equilibrio se desplaza hacia la formación de NH 3 , como lo demuestran los siguientes datos para la reacción de síntesis de amoníaco a 400 °C:
| presión, MPa | 0.1 | diez | veinte | treinta | 60 | 100 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| fracción volumétrica de NH 3 ,% | 0.4 | 26 | 36 | 46 | 66 | 80 |
Influencia de los gases inertes
La introducción de gases inertes en la mezcla de reacción o la formación durante la reacción de gases inertes tiene el mismo efecto que la reducción de presión, ya que disminuye la presión parcial de los reactivos. Cabe señalar que, en este caso, un gas que no participa en la reacción se considera un gas inerte. En sistemas con una disminución en el número de moles de gases, los gases inertes desplazan el equilibrio hacia los materiales de partida, por lo tanto, en los procesos de producción en los que se pueden formar o acumular gases inertes, se requiere soplado periódico de gasoductos.
Influencia de la concentración
La influencia de la concentración sobre el estado de equilibrio obedece a las siguientes reglas:
- Con un aumento en la concentración de una de las sustancias iniciales, el equilibrio se desplaza en la dirección de la formación de productos de reacción (hacia la derecha);
- Con un aumento en la concentración de uno de los productos de reacción, el equilibrio se desplaza en la dirección de formación de las sustancias iniciales (hacia la izquierda).
Notas
- ↑ Una derivación rigurosa (no formulaica) del principio abreviado de Le Chatelier-Brown ya ha sido dada verbalmente por Gibbs en el trabajo "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances" - una especie de paradoja: las fórmulas de D.W. Gibbs generalmente se convierten en un equivalente descriptivo - ver el artículo de A.I. Rusanov y M. M. Shultz (1960) Rusanov A. I., Shults M. M. Bulletin of the Leningrad University. 1960. No. 4. págs. 60-65 Archivado el 14 de mayo de 2005 en Wayback Machine .
- ↑ I. P. Bazarov. Termodinámica . - M .: Escuela Superior, 1991. - S. 133. Ejemplar archivado (enlace inaccesible) . Fecha de acceso: 18 de febrero de 2012. Archivado desde el original el 7 de octubre de 2013.