L’equilibrio chimico
Molte reazioni risultano incomplete, perché la quantità di prodotto che si ottiene è inferiore a quella
teoricamente prevedibile. A volte, i reagenti scompaiono del tutto, ma sono i prodotti che diminuiscono la
resa del prodotto. Altre volte, i reagenti e i prodotti si trovano insieme nel recipiente, ma la trasformazione
non procede più né avanti, né all’indietro. Le reazioni non arrivano a compimento perché raggiungono un
particolare stato detto equilibrio chimico. Quando abbiamo una sostanza in due stati diversi e le molecole
del primo stato si trasformano in quelle del secondo e viceversa, perciò le quantità dei due stati non
cambiano, si parla di trasformazioni reversibili in equilibrio dinamico. Visto che si tratta di un equilibrio
durante in quale avvengono delle trasformazioni tra diversi stati, si parla di equilibrio di fase. In generale:
- Un sistema è in equilibrio quando non variano più le sue proprietà macroscopiche osservabili;
- L’equilibrio è dinamico quando, a livello microscopico, è il risultato di due processi opposti che
avanzano a eguale velocità.
Quando una trasformazione giunge all’equilibrio, le condizioni di riversibilità e dinamicità sono indicate da
una doppia freccia; le due frecce hanno la stessa lunghezza per sottolineare che il processo diretto e
inverso, all’equilibrio, avvengono con uguale velocità. Le situazioni di equilibrio in natura non sono comuni,
perché esse prevedono un sistema chimico (senza scambi di materia) la cui temperatura rimanga costante.
A temperatura e pressione costanti, un sistema chimico chiuso è in equilibrio se la concentrazione (o la
pressione) dei reagenti e dei prodotti è costante nel tempo. No tutti i sistemi le cui specie hanno
concentrazioni costanti nel tempo sono in equilibrio.
Ciascuna reazione che ha raggiunto lo stato di equilibrio ha il rapporto tra le concentrazioni dei prodotti su
quelle dei reagenti, costante. A questo valore diamo il nome di costante di equilibrio (KEQ), che dipende solo
dalla temperatura. Questa affermazione costituisce la legge dell’equilibrio chimico, nota come legge
dell’azione di massa di Guldeberg e Waage.
aA + bB = cC + Dd
Keq=[C]c∙[D]d
[A]a∙[B]b
In un sistema chimico all’equilibrio, a una data temperatura, il rapporto tra il prodotto delle concentrazioni
molari dei prodotti e il prodotto delle concentrazioni molari dei reagenti, elevate ciascuna al proprio
coefficiente stechiometrico, è costante. A seconda della reazione, il valore della costante può essere grande
se è maggiore di 1, intermedio se è uguale a 1 e piccolo se è minore di 1. La grandezza della costante di
equilibrio ci fornisce l’informazione su quanto sia spostata una reazione verso la formazione dei prodotti,
una volta che l’equilibrio è stato raggiunto. Se la costante è molto grande, la concentrazione dei prodotti e
molto maggiore rispetto a quella dei reagenti e la reazione è quasi completa e viceversa. Nelle reazioni in
fase omogenea gassose possiamo esprimere la costante di equilibrio, anche in funzione delle pressioni
parziali dei gas.
aA(g) + bB(g) = cC(g) + dD(g)
Kp=(pC)c∙(pD)d
(pA)a∙(pB)b
