El principio de Le Chatelier puede aplicarse a los equilibrios químicos. Fue elaborado por Le Chatelier en su búsqueda para comprender los sistemas químicos, pero eso no significa necesariamente que solo se aplica a los equilibrios químicos, es en esencia un principio fascinante que tiene una aplicación más amplia de la teoría de sistemas.
La termodinámica química caracteriza las condiciones generales para el equilibrio. El equilibrio se caracteriza de diferentes maneras, dependiendo de qué variables se mantengan constantes. El estado de equilibrio será mínimo en una variable de estado termodinámico elegida apropiadamente. (En la teoría general de sistemas, cosas como mínimos e inflexiones son muy importantes para determinar la dinámica de un sistema y los tipos de transformaciones y simetrías que se aplican. Pero ese es un tema para otro día).
La aplicación del principio de Le Chatelier a los estados de equilibrio termodinámico permite la predicción del signo del diferencial que caracteriza a un cambio en las condiciones para el equilibrio. La constante de equilibrio en sí está sujeta al principio de Le Chatelier, por lo que queremos un tratamiento más general que no solo prediga la posición de equilibrio, sino que pueda predecir el efecto de cualquier parámetro sobre el equilibrio en sí, como una nueva constante de equilibrio.
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La prueba es más matemática que física y necesita comprender el cálculo para apreciarlo. Para discutir la naturaleza de una situación de equilibrio, debemos elegir un parámetro útil para seguirlo. Elija el alcance de la reacción, [math] {\ alpha} [/ math] para que podamos mantener el argumento general.
¿Qué es el equilibrio entonces? Bueno, es cualquier sistema que exhibe un mínimo en alguna forma de energía termodinámica bajo ciertos controles elegidos. Un mínimo con respecto a [math] {\ alpha} [/ math] que es.
Si se mantienen T, P, entonces la función de energía es G.
Si se mantienen T y V, la función de energía es A.
Si se mantienen S y P, entonces la función de energía es H.
Si se mantienen S y V, entonces la función de energía es U.
Todos estos son candidatos, y para cada uno la primera derivada con respecto a [math] {\ alpha} [/ math] desaparece. Pero como estamos discutiendo un fenómeno de segundo orden, el cambio en el equilibrio en sí mismo, debemos reconocer que en cada uno de estos casos la segunda derivada con respecto a [math] {\ alpha} [/ math] es necesariamente positiva en el equilibrio.
Pero podemos reemplazar estas funciones de energía por una cantidad más general conocida como Afinidad. La afinidad química [math] \ mathscr {A} [/ math] = [math] \ sum_i {\ nu} _ {i} {\ mu} _ {i} [/ math] es la suma ponderada de los potenciales químicos molares que también es cero en equilibrio, y la segunda derivada debe ser positiva de la misma manera que las diversas energías.
Ahora podemos examinar el efecto de algún parámetro arbitrario z que hace que el estado de equilibrio cambie a una nueva posición. (z se cambia a z + dz). z puede ser cualquier cosa, incluso un campo externo aplicado. Cuando todo el polvo se asienta, queremos ver cómo el nuevo estado de equilibrio se relaciona con el estado anterior.
[math] d \ mathscr A = (\ partial \ mathscr A / \ partial z) _ {\ alpha} dz + (\ partial \ mathscr A / \ partial \ alpha) _ {z} d \ alpha = 0 [/ math ]
Ahora, si reorganizamos eso, podemos obtener el resultado de Le Chatelier que describe [math] d \ alpha / dz [/ math] y lo y vemos el cambio d [math] \ alpha [/ math] en la posición de equilibrio causada por el cambio en z está en la dirección opuesta al cambio en [math] \ mathscr A [/ math] en composición constante.
