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L'EQUILIBRIO CHIMICO, Appunti di Chimica

Il concetto di equilibrio chimico e la costante di equilibrio. Viene spiegato come si raggiunge l'equilibrio e come si calcola la costante di equilibrio. Inoltre, viene spiegato come la temperatura influisce sulla costante di equilibrio.

Tipologia: Appunti

2021/2022

In vendita dal 30/12/2022

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EQUILIBRIO CHIMICO
Le reazioni non arrivano a concepimento perché raggiungono un particolare stato, detto di
equilibrio chimico.
Quando una trasformazione giunge all'equilibrio, le condizioni di reversibilità e dinamicità
sono indicati da una doppia freccia; le due frecce hanno la stessa lunghezza per
sottolineare che i processi diretto inverso avvengono con uguale velocità.
In generale si ha che:
1. un sistema è in equilibrio quando non variano più le sue proprietà macroscopiche
osservabili;
2. l’equilibrio è dinamico quando, a livello microscopico, è il risultato di due processi opposti
che avanzano a uguale velocità
Le situazioni di equilibrio dinamico non sono frequenti in natura perché richiedono sistemi
chiusi la cui temperatura rimanga costante.
L’equilibrio dinamico può instaurarsi anche in una trasformazione chimica.
In generale:
a T e P costanti, un sistema chimico chiuso è in equilibrio se la concentrazione (o la
pressione) dei reagenti e dei prodotti è costante nel tempo.
LA COSTANTE DI EQUILIBRIO
All’equilibrio esiste una semplice relazione che lega le concentrazioni dei prodotti e quelle
dei reagenti.
A tale valore è dato il nome di costante di equilibrio, Keq.
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EQUILIBRIO CHIMICO

Le reazioni non arrivano a concepimento perché raggiungono un particolare stato, detto di equilibrio chimico. Quando una trasformazione giunge all'equilibrio, le condizioni di reversibilità e dinamicità sono indicati da una doppia freccia; le due frecce hanno la stessa lunghezza per sottolineare che i processi diretto inverso avvengono con uguale velocità. In generale si ha che:

  1. un sistema è in equilibrio quando non variano più le sue proprietà macroscopiche osservabili;
  2. l’equilibrio è dinamico quando, a livello microscopico, è il risultato di due processi opposti che avanzano a uguale velocità Le situazioni di equilibrio dinamico non sono frequenti in natura perché richiedono sistemi chiusi la cui temperatura rimanga costante. L’equilibrio dinamico può instaurarsi anche in una trasformazione chimica. In generale: a T e P costanti, un sistema chimico chiuso è in equilibrio se la concentrazione (o la pressione) dei reagenti e dei prodotti è costante nel tempo. LA COSTANTE DI EQUILIBRIO All’equilibrio esiste una semplice relazione che lega le concentrazioni dei prodotti e quelle dei reagenti. A tale valore è dato il nome di costante di equilibrio, Keq.

La legge dell’equilibrio chimico, nota come legge dell’azione di massa , per una generica reazione: si traduce nell’espressione: In un sistema chimico all’equilibrio, a una data temperatura e a una data pressione, il rapporto fra il prodotto delle concentrazioni molari dei prodotti e il prodotto delle concentrazioni molari dei reagenti, elevate ciascuna al proprio coefficiente stechiometrico, è costante. Regole per calcolare la costante di equilibrio:

  1. le concentrazioni dei prodotti si pongono al numeratore e quelle dei reagenti al denominatore: tutte le concentrazioni sono in mol/L e sono indicate con parentesi quadre [ ];
  2. le concentrazioni vanno elevate a potenza con i rispettivi coefficienti di reazione e poi moltiplicate fra loro. In una reazione eterogenea, non è necessario riportare le concentrazioni dei solidi o liquidi puri perché sono costanti. Il valore numerico della costante di equilibrio indica quanto la reazione, una volta raggiunto l’equilibrio, sia spostata verso la formazione dei prodotti.
  • Keq molto grande : la reazione procede quasi fino al completamento e l’equilibrio è spostato a destra;
  • Keq ≈ 1 : all’equilibrio le concentrazioni dei reagenti e dei prodotti sono praticamente uguali;
  • Keq molto piccola: la reazione inversa è favorita e l’equilibrio è spostato a sinistra, le concentrazioni dei reagenti sono maggiori di quelle dei prodotti. Nelle reazioni omogenee in fase gassosa la costante di equilibrio può essere espressa in funzione delle:
  • concentrazioni, Kc;
  • pressioni parziali dei gas, Kp. Kp e Kc si scrivono, per considerazioni termodinamiche, senza unità di misura. Per la generica reazione: si ha: Kp e Kc relative a una stessa reazione possono assumere valori numericamente diversi, a parità di temperatura. LA COSTANTE DI EQUILIBRIO E LA TEMPERATURA Il valore della costante di equilibrio Keq varia con la temperatura. Per ogni temperatura esistono all’equilibrio un diverso valore di Keq e diverse concentrazioni di reagenti e prodotti. Se un aumento di temperatura provoca un aumento di prodotto significa che la reazione diretta è endotermica.
  • L’effetto della variazione della pressione o del volume : l’ aumento di pressione di un sistema gassoso all’equilibrio comporta lo spostamento dell’equilibrio nella direzione in cui è presente il numero minore di molecole ; viceversa, se si aumenta il volume a disposizione (diminuzione della pressione), si favorisce lo spostamento dell’equilibrio nella direzione in cui è presente il numero maggiore di molecole.
  • L’effetto della variazione della temperatura : se si riscalda un sistema all’equilibrio, si favorisce la reazione endotermica ; se invece si raffredda , si favorisce la reazione esotermica.
  • L’influenza del catalizzatore : il catalizzatore non ha alcuna influenza sulla posizione dell’ equilibrio , poiché non compare nell’equazione di reazione. EQUILIBRIO DI SOLUBILITA’ Quando i reagenti o i prodotti di una reazione sono in fasi diverse, si instaura un equilibrio di solubilità. Quando un solido ha raggiunto la massima solubilità consentita dalla propria natura, dal tipo di solvente e dalla temperatura, non può sciogliersi ulteriormente e rimane come corpo di fondo. La concentrazione di tale soluzione satura non varia più, poiché è in equilibrio dinamico con il corpo di fondo. Alla relazione si dà il nome di prodotto di solubilità, Kps. Il prodotto di solubilità, Kps, di una sostanza corrisponde al prodotto delle concentrazioni molari degli ioni presenti nella sua soluzione satura, ciascuna elevata al proprio coefficiente stechiometrico. Il valore di Kps è tanto più piccolo quanto meno è solubile la sostanza. Se il prodotto delle concentrazioni degli ioni, ognuno elevato al proprio coefficiente stechiometrico, supera il valore del prodotto di solubilità, il composto ionico precipita, altrimenti rimane in soluzione.
  • prodotto ionico > Kps , si forma un precipitato;
  • prodotto ionico = Kps , soluzione satura;
  • prodotto ionico < Kps , non si forma un precipitato. La concentrazione molare di un sale nella sua soluzione satura viene chiamata solubilità molare e può essere utilizzata per calcolare il valore di Kps, assumendo che il sale sia dissociato al 100%.
  • Se la solubilizzazione è un fenomeno endotermico , la solubilità aumenterà a temperature più elevate.
  • Se la solubilizzazione è un fenomeno esotermico , la solubilità diminuirà a temperature più elevate.