Senyal a l'enunciat: "Justifica com afecta a l'equilibri un augment de pressió/temperatura/concentració...", "Quina pertorbació desplaça l'equilibri cap a...?", "L'addició d'un gas inert a volum constant..."

El principi de Le Chatelier

Quan un sistema en equilibri experimenta una pertorbació (canvi de concentració, pressió, volum o temperatura), el sistema evoluciona en el sentit que tendeix a contrarestar la pertorbació, fins a assolir un nou equilibri.

Atenció: El principi de Le Chatelier descriu la tendència del desplaçament, no garanteix que la pertorbació es compensi totalment.

ℹ️ Notació que farem servir: cap a la dreta = cap als productes = sentit directe. Cap a l'esquerra = cap als reactius = sentit invers.

📊 Diagrama: Equilibri abans i després d'una pertorbació: estat inicial, pertorbació aplicada i desplaçament cap a productes o reactius

Pertorbació 1: Canvi de concentració

Raonament amb $Q_c$: En afegir un reactiu, les concentracions instantànies fan que $Q_c < K_c$, per tant la reacció directa s'activa per tornar a $Q_c = K_c$.

Important: $K_c$ no canvia quan modifiquem concentracions (a $T$ constant). El que canvia són les concentracions individuals fins que satisfan de nou la constant.

📊 Diagrama: Efecte d'afegir o retirar reactius i productes sobre la posició de l'equilibri

Pertorbació 2: Canvi de pressió o volum (reaccions gasoses)

Per a reaccions amb gasos, la pressió total i el volum del recipient estan inversament relacionats (a $T$ constant, $P \cdot V = \text{const}$).

Important: Aquesta regla només s'aplica si canvia el nombre de mols gasosos entre reactius i productes. Els sòlids i líquids purs no compten en aquest criteri.

Exemple: Per a $\text{N}_2(g) + 3\,\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\,\text{NH}_3(g)$:

• Reactius: $1 + 3 = 4$ mols gasosos
• Productes: $2$ mols gasosos

Un augment de pressió desplaça l'equilibri cap als productes ($\text{NH}_3$), perquè el costat dels productes té menys mols gasosos.

Pertorbació 3: Addició d'un gas inert

Error molt comú a PAU: Pensar que afegir un gas inert sempre desplaça l'equilibri. A volum constant, NO té cap efecte. Només afecta si el recipient pot expandir-se (pressió constant).

Pertorbació 4: Canvi de temperatura

La temperatura és l'única pertorbació que modifica el valor de $K$.

Per decidir el sentit del desplaçament, cal considerar l'entalpia de la reacció $\Delta H$:

Regla pràctica: Tracta la calor com un "reactiu" o "producte" addicional:

• Exotèrmica: $A + B \rightleftharpoons C + D + \text{calor}$ → augmentar $T$ és com "afegir calor" (producte), desplaça cap a reactius.
• Endotèrmica: $A + B + \text{calor} \rightleftharpoons C + D$ → augmentar $T$ és com "afegir calor" (reactiu), desplaça cap a productes.

📊 Diagrama: Efecte de la temperatura: comparació entre reacció exotèrmica i endotèrmica en augmentar T

Efecte d'un catalitzador

Un catalitzador NO desplaça l'equilibri. Accelera tant la reacció directa com la inversa per igual, de manera que l'equilibri s'assoleix més ràpidament, però la composició final és la mateixa.

$$\text{Amb catalitzador:} \quad K_c \text{ no canvia}, \quad t_{\text{equilibri}} \text{ disminueix}$$

Exemple resolt: Anàlisi qualitativa completa

Considera la reacció exotèrmica:

$$4\,\text{NH}_3(g) + 5\,\text{O}_2(g) \rightleftharpoons 4\,\text{NO}(g) + 6\,\text{H}_2\text{O}(g) \qquad \Delta H < 0$$

Analitza l'efecte de cada pertorbació:

(a) Afegir $\text{O}_2$: Augmenta la concentració d'un reactiu → $Q_c < K_c$ → desplaçament cap a productes.

(b) Reduir el volum a la meitat: $\Delta n_{\text{gas}} = (4+6) - (4+5) = 1$. El costat amb més mols és el de productes. Un augment de pressió (menys volum) desplaça cap al costat amb menys mols → cap als reactius.

(c) Augmentar la temperatura: La reacció és exotèrmica → augmentar $T$ desplaça cap als reactius i $K_c$ disminueix.

(d) Afegir un catalitzador: No afecta l'equilibri. Només s'assoleix abans.

(e) Afegir argó a volum constant: Cap efecte sobre l'equilibri.

ℹ️ Lectura ràpida: concentració, pressió/volum i gas inert poden canviar la composició d'equilibri sense modificar $K$ si la temperatura es manté constant. La temperatura és l'única pertorbació d'aquest bloc que canvia el valor de $K$.

📊 Diagrama: Diagrama-resum de totes les pertorbacions del principi de Le Chatelier: concentració, pressió/volum, temperatura, gas inert i catalitzador