Equilibrio chimico dispensa, Dispense di Chimica

Scarica Equilibrio chimico dispensa e più Dispense in PDF di Chimica solo su Docsity!

L’equilibrio chimico

Obiettivi di apprendimento

▪ Comprendere il concetto di equilibrio dinamico e di reazione reversibile ▪ Ricavare la costante di equilibrio a partire da una equazione di reazione bilanciata e dai valori delle concentrazioni di reagenti e prodotti all’equilibrio ▪ Calcolare le concentrazioni delle specie all’equilibrio utilizzando la costante di equilibrio ▪ Comprendere come variazioni di P, T e concentrazione agiscano sull’equilibrio di una reazione

Equilibrio chimico e costante di equilibrio

Consideriamo la reazione inversa: 7 CO 2

• 8H 2 O → C 7 H 16
• 11 O 2 Nessuno può pensare seriamente che si possa proporre la sintesi di benzina da una miscela di vapor d’acqua e biossido di carbonio, neanche mediante l’utilizzo di un catalizzatore!!!!! Esistono reazioni che non possono avvenire

Consideriamo ora la seguente reazione: N 2

• O 2 → 2 NO Che rappresenta la fissazione industriale dell’azoto atmosferico, un processo importante per le industrie dei fertilizzanti (ed esplosivi) Come abbiamo visto la volta scorsa, sappiamo che la velocità di reazione è proporzionale a [N 2 ] e [O 2

]:

V

1 = k 1

[N

2

] [O

2

]

Se facciamo avvenire la reazione in un ambiente chiuso, mano a mano che [N 2 ] e [O 2 ] si consumano, questa reazione diventa più lenta…

Ad un certo punto si raggiungerà una condizione in cui le velocità della reazione diretta ed inversa si bilanceranno esattamente

v

1

= v

2 Questa condizione è detta di equilibrio e questo tipo di reazioni vengono definite di equilibrio Se misuriamo la concentrazione dei diversi composti quando la reazione ha raggiunto l’equilibrio, ci accorgiamo che la composizione della miscela di reazione non cambia nel tempo Questo non significa che le reazioni diretta ed inversa si sono fermate, ma che procedono alla stessa velocità

L’equilibrio è uno stato stazionario dinamico in cui, quando tutto sembra fermo, i reagenti residui si trasformano nei prodotti ed i prodotti nei reagenti con eguale velocità 8 L’equilibrio chimico

La costante di equilibrio

▪ aA + bB → cC + dD

▪ V

1

= k

1

[A]

a

[B]

b

▪ cC + dD → aA + bB

▪ V

2

= k

2

[C]

c

[D]

d

All’equilibrio: V

1

= V

2 [A] a [B] b

[C]

c [D] d = K eq

k 1 k 2

Cosa serve la costante di equilibrio

1. Ci dice se, in determinate condizioni, una reazione potrà avvenire in senso diretto o inverso
2. Ci permette di calcolare le concentrazioni dei reagenti e dei prodotti una volta stabilito l’equilibrio [A] a [B] b

[C]

c [D] d K eq

aA + bB cC + dD R P (^) R P P R Sono tutte e tre condizioni di equilibrio

Relazioni tra quoziente di reazione e costante di equilibrio

Quoziente della reazione , Q c, pone in relazione le concentrazioni delle specie chimiche, non all’equilibrio, con la K eq Se Q c >K eq si formano i reagenti Se Q c = K eq si ha l’equilibrio Se Q c < K eq si formano i prodotti

L’espressione generale della legge dell'azione di massa ( Guldberg e Waage, 1864 ), può essere così enunciata: «In una reazione di equilibrio, a temperatura costante e una volta raggiunte le condizioni di equilibrio, è costante il rapporto fra il prodotto delle concentrazioni molari dei prodotti di reazione e il prodotto delle concentrazioni molari delle sostanze reagenti, ciascuna di queste concentrazioni essendo elevata a un esponente pari al coefficiente di reazione.» 14 La legge dell’azione di massa

Indicazioni del valore di Keq sulla composizione dell’equilibrio: 16 Se Keq >1 sono favoriti i prodotti Se Keq > 3 reazione procede a termine Se Keq <1 sono favoriti i reagenti Se Keq <<<1 praticamente non avviene

Equilibri in reazioni tra gas

Sintesi di NH

3 17 N 2g

• 3H 2g 2 NH 3g K p = p 2 (NH 3 ) p (N 2 ) p 3 (H 2 ) P = p 1 + p 2 + p 3 +.....+ p n Legge di Dalton pressioni parziali

Influenza della Concentrazione Se aggiungo un reagente?

• Il sistema si sposta verso i prodotti per consumare i reagenti Se sottraggo un prodotto?
• Il sistema si sposta ancora verso i prodotti per consumare i reagenti 19 Keq dipende da T ma è indipendente dalla concentrazione dei reagenti e dei prodotti

Confrontare per l’equilibrio A + B <-> C + D con Kc 1. 30 x 10

- 3 **le concentrazioni all’equilibrio che si ottengono nelle seguenti esperienze:

1. 1. 80 x 10

• 2 mol di A e 7. 80 x 10
• 2 mol di B vengono sciolte in 2. 00 l di soluzione

1. 1. 80 x 10

• 2 mol di A e 1. 30 x 10
• 1 mol di B vengono sciolte in 2. 00 l di soluzione**

ESERCIZIO_1.

𝑐

𝑐 𝐷 𝑑 𝐴 𝑎 𝐵 𝑏 Kc = 1.30 x 10-^3 [A] = 0.078 mol/2l = 0.039 M [B] = 0.078 mol/2l = 0.039 M A + B <-> C + D Inizio 0.039 0.039 - - Variazione - x - x +x +x Equilibrio 0.039-x 0.039-x x x Kc = x 2 /[(0.039-x) (0.039-x)] = 0. X= 0. Calcoliamo le concentrazioni all’equilibrio: [A] =[B] = 0.039-0.00136 = 0.03764 M [C] e [D] = 0.00136 M Esperienza 1