L’EQUILIBRIO CHIMICO
Come sono distinte le reazioni chimiche?
Sono distinte in reazioni complete e irreversibili, come le combustioni e l’ossidazione dei metalli e reazioni incomplete
e reversibili, come la sintesi di NH3 , HI, NO.
Le reazioni complete consumano completamente i reagenti, ma quelle incomplete si fermano prima di consumarli,
mantenendo costanti nel tempo, in condizione di equilibrio, le concentrazioni dei reagenti non consumati e dei prodotti
che si sono formati. L’equilibrio può tuttavia essere modificato variando la temperatura, che è un fattore cinetico che
può favorire la reazione diretta, se essa è endotermica o quella l’inversa, nel caso opposto. Tuttavia, la condizione di
equilibrio si osserva solo se le reazioni avvengono in un sistema chiuso o in soluzioni non soggette a evaporazione.
Qual è la reazione più studiata nella storia dell’equilibrio chimico?
la sintesi di HI, partendo da H2 e I2 gassosi, a temperature diverse, ad esempio a 150 °C e 450 °C.
Osserviamo la reazione:
H2 + I2 2HI
Poiché il reagente iodio ha un inteso colore viola, mentre H2 e HI sono incolori, l’andamento della reazione può essere
seguito osservando il colore. All’inizio della reazione il colore viola diminuisce rapidamente, segno che la reazione
procede velocemente, poi gradualmente si attenua e ad un certo punto si ferma, senza il colore viola scompaia del tutto.
Quando ciò accade, è evidente che il consumo di iodio si è fermato, segnalando che la reazione è incompleta e in fase di
equilibrio, tale perché il colore violetto rimane costante. Se però alziamo la temperatura a 450 °C si nota ben presto la
comparsa del colore violetto di I2. Ciò significa che a questa temperatura avviene spontaneamente la reazione opposta
di decomposizione:
2HI H2 + I2
Tuttavia la decomposizione non è mai completa, e anche in questo caso i prodotti della reazione coesistono in equilibrio
con il gas reagente.
Le osservazioni fatte indicano chiaramente che la sintesi di HI in ambiente chiuso è una reazione incompleta e
reversibile. Condizione questa che viene indicata con la doppia freccia.
H2 + I2 ↔ 2HI
Cosa accade a livello cinetico nelle reazioni in equilibrio? Che cos’è l’equilibrio dinamico?
All’inizio la reazione di sintesi (diretta) è rapida perché la concentrazione dei reagenti è elevata; ma col procedere della
reazione i reagenti diminuiscono e con essi la velocità della reazione, tanto più che a contrastarla interviene la reazione
opposta (inversa). A cominciare dal momento in cui le reazioni opposte avvengono con la stessa velocità, il numero di
particelle di HI che si formano è uguale al numero di particelle HI che si decompongono. Quando ciò accade il sistema è
in equilibrio, ma si tratta chiaramente di un equilibrio dinamico. Si parla di equilibrio perché le concentrazioni di
prodotti e reagenti rimangono costanti, dinamico perché è conseguenza di reazioni opposte che procedono con la
stessa velocità: Vd=Vi
Che cos’è la costante di equilibrio?
Quando il sistema chimico è in equilibrio, a temperatura costante, si è sperimentalmente osservato che il rapporto tra il
prodotto delle concentrazioni molari dei prodotti e il prodotto delle concentrazioni molari dei reagenti, elevate ( le
concentrazioni) ai rispettivi coefficienti stechiometrici, è costante. Tale parametro prende il nome di costante di
equilibrio ed è definito dalla legge dell’equilibrio chimico detta legge dell’azione di massa di Guldberg e Waage
(chimici norvegesi).
Se consideriamo ad esempio la sintesi di HI, a temperatura costante di 450 °C, la costante di equilibrio è definita dalla
seguente equazione:
Keq= [HI]2/[H2]·[I2] = 54,50
Alla temperatura di 450 °C, partendo da qualsiasi quantità di reagenti o prodotti, ad equilibrio raggiunto, il sistema avrà
come costante di equilibrio sempre lo stesso parametro, Keq= 54,50.
Che cos’è la legge dell’equilibrio chimico, detta legge dell’azione di massa?
È una regolarità che definisce la condizione di equilibrio delle reazioni chimiche, fornendo informazioni sul grado di
avanzamento della reazione di retta, rispetto a quella inversa, ad equilibrio raggiunto.
L’enunciato della legge è il seguente:
