La meraviglia nasce La meraviglia nasce dal desiderio di dal desiderio di conoscenza.conoscenza.

S. A.S. A.

L’EQUILIBRIO L’EQUILIBRIO CHIMICOCHIMICO

Col trascorrere del tempo la concentrazione dei reagenti diminuisce e,se il sistema è chiuso, quella dei prodotti aumenta

H2 (g) + I2 (g) 2 HI (g)

Da questo momento in poiIl sistema raggiunge l’equi=librio

Col passare del tempo la concentrazione dei reagenti e, di conseguenza, la V1

diminuiscono mentre la concentrazione del prodotto e la V2 aumentano. All’equilibrio V1 = V2 , le due reazioni continuano ad avvenire con la stessa velocità

L’equilibrio chimico è un equilibrio dinamico, in ogni istante un certo n° di molecole si trasformano in prodotti attraverso la reazione diretta,ma contemporaneamente lo stesso n° di molecole si riforma dalla reazione inversa. L’immagine illustra questo concetto: la barca rimanea galla se, mediamente, il marinaio butta in mare la stessa quantità di acqua che imbarca.

Qualunque sia la sostanza di partenza, nelle stesse condizioni di temperatura e pressione, ad equilibrio raggiunto la concentrazione di N2O4 e quella di NO2 non cambia, comesi osserva dai grafici.

N2O4 2NO2 2NO2 N2O4

• Da notare che le concentrazioni all’equilibrio non subiscono modifiche, qualunque sia la quantità di sostanza da cui partiamo, e questo perché la concentrazione è una grandezza intensiva/estensiva.

La costante d’equilibrio e la legge dell’azione di

massa

Deduzione sperimentaledella legge dell’azione di

massa

H2 (g) + I2 (g) 2HI (g) a 723 K

Prova

[ H2] [ I2 ] [ HI ] [ H2] [ I2 ] [ HI ]

1a 1,00 1,00 0 0,221 0,221 1,548

2a 1,00 2,00 0 0,066 1,066 1,868

3a 2,00 1,00 0 1,066 0,066 1,868

4a 2,00 2,00 0 0,433 0,433 3,134

5a 10,00 15,00 0 1,094 6,094 17,812

Concentraz. iniziale Concentraz. d’eqili.

Proviamo a trovare, se esiste, qualcherelazione tra la concentrazione del prodotto e quelle dei reagenti all’equilibrio.Cominciamo col rapporto semplice:

R = [ HI ] [ H2 ]•[ I2 ]

Sostituendo alle concentrazioni i rispettivi valori otteniamo:

1a prova R = 31,69

2a prova R = 26,55

3a prova R = 26,55

4a prova R = 16,71

5a prova R = 2,67

I calcoli ci dicono che per esso non esistenessuna regolarità. Se adesso proviamocol rapporto:

in cui la concentrazione di HI è stata elevata al suo coefficiente stechiometricoe rifacciamo i calcoli per le concentrazioni d’equilibrio troviamo

R = [ HI ]2

[ H2 ]•[ I2 ]

1a prova R = 49,1

2a prova R = 49,6

3a prova R = 49,6

4a prova R = 52,4

5a prova R = 47,6

R medio = 49,7

In generale si dimostra valida la seguente legge dell’azione di massa.Essa afferma che: “a temperatura costante, il rapporto trail prodotto delle concentrazioni molari dei prodotti della reazione, elevate ciascuna al proprio coefficiente stechiometrico, e il prodotto della concentrazione dei reagenti, elevate anch’esse al proprio coefficiente stechiometrico, è costante”

Equilibri eterogenei

Sono equilibri in cui le sostanze reagentio prodotte sono presenti in due fasi diverse; es:

2C(s) + O2(g) 2CO2(g)

La concentrazione degli atomi di carbonio all’interno del solido,

considerato come caso particolare di soluzione in cui la sostanza pura è contemporaneamente il soluto e il solvente, è costante moli C = costante volume di C e tale rimane durante la reazione; pertanto il termine [ C ] non viene rappresentato nell’espressione della Keq.

Le stesse considerazioni rimangono valide se la reazione avviene in soluzionee vi prende parte un solido puro; es

Ag2O(s) + 2HNO3(aq) 2AgNO3 + H2O

“Nel formulare l’espressione delle costanti d’equilibrio si ignorano i solidipuri”

• C2H5OH(l) + O2 (g) CO2 (g) + H2O (g)

• Keq = ?

“Nel formulare l’espressione delle costanti d’equilibrio si ignorano i liquidipuri”

CuSO4(s) Cu2+(aq) + SO4

2-(aq)

Keq =

Contributo del solvente:

Consideriamo la reazione in soluzioneacquosa diluita:

HCOOH + H2O HCOO- + H3O+

La concentrazione dell’acqua rispetto a quella dell’acido formico è grande e nonviene modificata in modo apprezzabiledalla reazione stessa.

L’applicazione delle costanti d’equilibrio

Kc = 0,01 Kc = 100Kc = 1

Il valore di K ci informa del grado di

avanzamento della reazione, per valoridi K ~ 103 l’equilibrio favorisce fortemente i prodotti, per valori di K ~ 10-3 sono favoriti fortemente i reagenti, mentre per valori di K intermedi l’equilibrio non favorisce fortemente né i reagenti né i prodotti.

Quoziente di reazione

Si calcola con una espressione identicaalla Keq ma con le concentrazioni presenti in un momento qualunque della reazione.All’equilibrio Q = Keq.Q serve a capire, in quale senso staprocedendo la reazione nel momento incui viene calcolato.

Quoziente di reazione

K K KQQ

Q

La reazione forma i prodotti.

La reazione formai reagenti.

Q = prodotti reagenti

12][][

][8

][][

][

22

2

22

2

BA

ABKe

BA

ABQSe

A2 (g) + B2 (g) 2AB (g)

12][][

][16

][][

][

22

2

22

2

BA

ABKe

BA

ABQSe

equilibrioallèsistemailKQSe '12

Sta avvenendo la reazione…..

Sta avvenendo la reazione…..

La risposta dell’equilibrio al

cambiamento delle condizioni

Principio di Le Chatelier“Sollecitando un sistemain equilibrio dinamico,

l’equilibrio tende a modificarsi rendendominimo l’effetto della

sollecitazione”

4NH3 (g) + 5O2 (g) 4NO(g) + 6H2O(g) + Q

Molecole di H2 12 comprimendo 9 Molecole di N2 4 3Molecole di NH3 2 4Totale 18 decomprimendo 16

N2 + 3 H2 2 NH3 H

N

Effetto della pressione