Existen fenómenos químicos que consiguen contrarrestar cambios inesperados que perturben su equilibrio; los mismos son explicados por el principio de Le Chatelier, más comúnmente llamado principio de chatelier.
La formación en el área química de universidades se consolida con este principio que justifica casi todo, por ejemplo en química inorgánica para el estudio de los metales de transición como el cobre o el vanadio.
Vamos a citar algunos puntos claves y principales sobre el mismo, ahondando en la parte didáctica más que en la de formulación, incluyendo algunos ejemplos.
Principio de Chatelier
Henri-Louis Le Chatelier propuso uno de los enunciados centrales del equilibrio químico, mismo que describe lo que le sucede a un sistema cuando algo lo quita brevemente de un estado de equilibrio (balance – estabilidad – quietud).
Se entiende que si un sistema químico en equilibrio experimenta un cambio en la concentración, temperatura, volumen, o la presión parcial, entonces el equilibrio se desplaza para contrarrestar el cambio impuesto.
Ergo, el sistema químico busca de nuevo la estabilidad en contra de su propia volatilidad, por ejemplo.
Todas las leyes de velocidad para reacciones reversibles deben reducirse a la relación termodinámica que relaciona las concentraciones de las especies en el equilibrio.
Este equilibrio puede verse afectado por la adición o eliminación de reactivos o productos, la modificación de la presión, o bien, la modificación de la temperatura.
Este principio de chatelier usa la constante de equilibrio para predecir el desplazamiento de la reacción (hacia los reactivos o productos).
Uso en la energía nuclear
Bajo el principio de chatelier se construyen las plantas de energía nuclear y bajo éste precepto químico, entre otros de la física, se mantienen sus núcleos.
Es de interés conocer su efecto sobre estas reacciones debido a que la gran mayoría de las veces siempre al diseñar un reactor se pone como objetivo el rendimiento de este para tener más producto.
Formas de modificar el equilibrio, según el principio de chatelier
Hay tres formas de modificar el equilibrio:
Agregando reactivos o productos: Eliminar una sustancia provocará que la reacción se desplace en el sentido que forma más de esa sustancia (el área densa).
Ejemplo al eliminar un producto el equilibrio se desplaza hacia el lado derecho (productos).
Modificando la presión: Aumentar la presión en una mezcla gaseosa en equilibrio provoca que el sistema se desplace en la dirección que reduzca el número de moles de gas; es decir, al lado de donde la suma de coeficientes estequiométricos sea menor.
Modificando la temperatura: Esto modifica el valor de la constante de equilibrio, entonces así:
Para una reacción exotérmica al aumentar la temperatura el equilibrio se desplaza a los reactivos.
Para una reacción endotérmica, al aumentar la temperatura el equilibrio se desplaza a los productos.
El principio de chatelier, de aplicación amplia
No sólo en el campo de la física y química es aplicable tal principio.
Actualmente miles de grupos ecologistas atribuyen al cambio climático no sólo a las acciones del hombre como daño al ecosistema
También exponen que el mismo ha sido sometido a un pernicioso desequilibrio que se nota en lo trastocado de las épocas de lluvia, verano, nieve que terminan causando estragos en poblaciones sin registro de padecerlas.
Por ello se toma al principio de chatelier como base, parafraseando su enunciado principal de ésta forma:
«Si se presenta una perturbación externa sobre un sistema en equilibrio, el sistema se ajustará de tal manera que se cancele parcialmente dicha perturbación en la medida que el sistema alcanza una nueva posición de equilibrio»…
Nótese que el mismo tiene aplicación universal para cualquier sistema de componentes de la naturaleza; físico, químico, biológico, etc.
Sí un río es movido de su cauce por la acción del hombre, el mismo buscará compensarse al tener una fuerte cantidad de agua buscando su paso principal, lo que hará sin importarle las acciones del hombre.
En la Termodinámica
La aplicación de principio de chatelier en los predios de la termodinámica se ha transformado en un auxiliar a sus tres leyes fundamentales.
Esto se logra gracias a un desarrollo matemático que aplica un riguroso control sobre las variables, porque un punto de inflexión en el principio de chatelier es que todo sucede de manera espontánea.
El estudio de la termodinámica no puede saltarse variables debido a que la misma analiza al movimiento y la fricción;
en el caso del movimiento, el equilibrio ante la presión (en este caso la fricción), le haría inestable y podría sobrecargar y volar sistemas.
Algunas críticas al principio de Chatelier
Las mismas comenzaron luego de notarse que al principio de chatelier le faltaba rigurosidad matemática y que varios aplicantes tergiversaron su trabajo inicial.
El mismo Le Chatelier envió comunicado a varias academias científicas deslindándose de los errores atribuidos a él y a sus colaboradores en la formulación del enunciado.
Ante la falta de rigurosidad científica y matemática, costó mucho para que el enunciado y su aplicación sobre temperatura, volumen, presión y aplicación del catalizador fuese tomada en cuenta como método educativo.
Muchos científicos y catedráticos de otras áreas se ocuparon durante años a señalar el carácter vago e impreciso del principio de chatelier.
De hecho se ocuparon en estudiar más sus limitaciones y a desacreditar su aplicabilidad y hasta el carácter metafísico o universal de su aplicación.
Con las nuevas tecnologías, su aplicación en químicos o reactivos para la industria farmacéutica o laboratorios, como en la estabilización del amoníaco, han desmentido a sus detractores.
El paso de los años y la adaptabilidad a las ciencias puras han reivindicado el sentido práctico y de previsión con el que nació el enunciado del principio de chatelier.
Aplicación en la medicina
El principio de chatelier ha ayudado a estudiar fenómenos como la mejor oxigenación en personas que habitan en climas fríos, por encima de quienes viven en climas cálidos.
Explica que al disminuir la concentración de oxígeno éste se desplazará de derecha a izquierda (endotérmica), consumiendo la oxihemoglobina y causando ausencia de oxígeno (hipoxia).
El organismo busca compensarse produciendo una mayor cantidad de hemoglobina y ello causará una reacción de equilibrio de izquierda a derecha.
Es así como las personas de zonas frías poseen mayor cantidad de hemoglobina que le permite controlar sus niveles de oxígeno en normalidad.
Ejemplo en video del principio de chatelier