Il principio di Le Châtelier

Il principio di Le Châtelier

Il principio di Le Châtelier è una legge della chimica riguardante una reazione chimica, secondo cui se si altera lo stato di equilibrio che ha raggiunto, il sistema (inteso come l’insieme delle sostanze coinvolte nel processo) raggiunge un nuovo stato di equilibrio dove risultano ridotti i cambiamenti effettuati.

Una trasformazione chimica raggiunge lo stato di equilibrio quando le concentrazioni sia delle sostanze da reagire (chiamati reagenti) che di quelle formate (chiamate prodotti) restano costanti nel tempo, non cambiano più. A quel punto, il rapporto tra il prodotti delle concentrazioni dei prodotti e di quello dei reagenti rimane lo stesso e viene chiamato costante di equilibrio.

Tuttavia, è possibile alterare lo stato di equilibrio di una trasformazione completata variando la concentrazione di una o più delle sostanze coinvolte, come anche variando la temperatura o la pressione del sistema. In tutti questi casi il sistema modificherà la concentrazione dei reagenti o dei prodotti per raggiungere un nuovo stato di equilibrio per ridurre gli effetti di quell’alterazione.

Questo principio venne enunciato dal chimico francese H.L. Le Châtelier nel 1884. Pochi anni prima era stata proposta la legge di azione di massa dai chimi Guldberg e Peter Waage che riguardava la costante di equilibrio e sul fatto che rimane invariata alla stessa temperatura anche se si cambiano le quantità o le concentrazioni iniziali dei reagenti. Il principio di Le Châtelier viene chiamato anche legge dello spostamento dell’equilibrio chimico.

Prendiamo in considerazione una soluzione, cioè un miscuglio omogeneo dove uno o più sostanze solide vengono sciolte all’interno di un liquido, chiamato solvente. Quando il sistema raggiunge lo stato di equilibrio una parte di quel materiale si deposita sul fondo del contenitore e non si scioglie. Ma se aggiungiamo altro solvente facendone aumentare la sua concentrazione automaticamente il sistema diminuirà la concentrazione dell’altra sostanza facendone sciogliere di più. In questo caso, l’aumento della concentrazione di uno dei reagenti ha generato uno spostamento di equilibrio a favore del prodotto, cioè della soluzione ma sarebbe potuto avvenire anche il contrario. Se invece, si avesse una diminuzione della concentrazione di uno dei reagenti o dei prodotti, si avrebbe uno spostamento di equilibrio a favore della specie sottratta.

Quando una sostanze reagisce per formarne una nuova cede calore. Se in quel momento venisse riscaldata avrebbe bisogno di energia per contrastare quest’ulteriore riscaldamento e sarebbe costretta a ritornare al suo stato originale riottenendo il calore perso. Se invece venisse raffreddata cederebbe altro calore per raggiungere il suo stato di equilibrio e formerebbe ancora più prodotto. Se una reazione chimica è endotermica, cioè viene assorbito calore durante la trasformazione invece di essere ceduto, l’effetto del cambio di temperatura sullo stato di equilibrio del sistema andrebbe al contrario. Riscaldando la soluzione si formerebbe più prodotto, raffreddandolo si formerebbe più reagente.

La pressione può essere modificata cambiando il volume della soluzione. Il sistema interverrà sulla parte che ha meno molecole. Nel caso di un aumento della pressione aumenterà la concentrazione dei reagenti o dei prodotti che hanno meno molecole; se si diminuisce la pressione verrà aumentata la concentrazione della parte che ha più molecole. Lo scopo è quello di contrastare la variazione di pressione il più possibile. Infatti, la formula generica della costante di equilibrio è il rapporto tra il prodotto delle concentrazioni delle sostanze nuove e quello delle sostanze che reagiscono.

formula costante di equilibrio
C e D stanno per i prodotti mentre A e B per i reagenti

Il principio di Le Châtelier ci permette quindi di capire come velocizzare una reazione chimica. Se il numero di moli dei prodotti (indicati con c e d) sono maggiori di quello dei reagenti (rappresentati dalle lettere a e b) bisognerà abbassare la pressione mentre in caso contrario dobbiamo aumentare la pressione del sistema.