Concetti Chiave
- Le costanti di equilibrio Kc e Kp dipendono esclusivamente dalla temperatura e non dalle concentrazioni iniziali o pressioni parziali.
- La relazione tra le costanti Kc e Kp è data da Kp = Kc × (RT)^(Δn gas), dove Δn rappresenta la variazione delle moli di gas tra prodotti e reagenti.
- In un equilibrio eterogeneo, dove reagenti e prodotti sono in fasi diverse, la densità e concentrazione dei solidi rimangono costanti a temperatura costante.
- Per reazioni con Δn=0, il numero di moli non cambia, mantenendo Kp uguale a Kc, senza variazioni di volume o pressione.
- In soluzioni diluite, la concentrazione del solvente è considerata costante e non influisce sulla costante di equilibrio.
Le costanti di equilibrio
Le costanti di equilibrio dipendono solamente dalla temperatura, non dipendono dalle concentrazioni iniziali (o pressioni parziali). Le dimensioni di Kc e Kp dipendono dagli esponenti che compaiono nelle relative espressioni. Risulta evidente come i valori delle costanti di equilibrio dipenda dai coefficienti usati nell’equazione chimica. È importante specificare che Kp non varia mai (infatti è una costante), se varia un membro allora anche gli altri subiranno delle variazioni, appunto per riadattarsi in modo tale da mantenere Kp costante.
Sia in Kc che in Kp più il prodotto è grande più l’equilibrio sarà spostato verso i prodotti, in quanto sono posti al numeratore, se invece K è molto piccolo allora l’equilibrio sarà spostato verso i reagenti.
Si considerino la seguente reazione di equilibrio e la corrispondente reazione inversa:
αA+ βB↔γC+δD e γC+δD↔αA+ βB
Per la reazione inversa valgono le seguenti relazioni:
Kc=([〖A]〗^α [〖B]〗^β)/([〖C]〗^γ 〖[D]〗^δ ) e Kp=(〖Pa〗^α 〖Pb〗^β)/(〖Pc〗^γ 〖Pd〗^δ )
Si consideri un generico componente gassoso, per cui vale la relazione:
P_i=n_i/V RT=RT
Per la reazione tra componenti gassosi: αA+ βB↔γC+δD
Vale la relazione
K_p=(〖P_C〗^γ 〖P_D〗^δ)/(〖P_A〗^( α) 〖P_B〗^( β) )=(〖([C]RT)〗^γ 〖([D]RT)〗^δ)/(〖([A]RT)〗^α 〖(RT)〗^( β) )
La relazione che esiste tra Kc e Kp è la seguente:
Kp=Kc ×〖(RT)〗^(∆n gas)
Dove:
R = costante universale dei gas = 0,0831 (Bar · L) / (mol · K);
T = temperatura assoluta
Δn = differenza tra la somma dei coefficienti stechiometrici dei prodotti gassosi e la somma dei coefficienti stechiometrici dei reagenti gassosi= (γ+δ)-(α+ β)=(moli prodotti)-(moli reagenti). Si avranno quindi diverse casistiche in base al valore di Δn:
Δn>0, allora la reazione avviene con aumento del numero di moli, quindi va da sinistra verso destra.
Se P=K (se P è costante) allora aumenta V;
Se V=K aumenta P;
Δn
Se P=K diminuisce il volume;
Se V=K diminuisce la pressione;
Δn=0 non cambia il numero di moli, non varia il volume e si può dire che Kp=Kc
Se Δn>0 allora la reazione avviene con aumento del numero di moli, quindi va da sinistra verso destra. Se P=K (se P è costante) allora aumenta V, mentre se V=K aumenta P. Al contrario se Δn
Si parla di equilibrio eterogeneo se all’equilibrio i reagenti e i prodotti sono in fasi diverse (solida, liquida, gassosa).
Esempio:
CaCO3 (solido) ↔ CaO (solido)+ CO2 (gas)
Per quanti riguarda i composti che si trovano allo stato solido, si può dire che a temperatura costante la loro densità e la loro concentrazione rimangono costanti. Si può quindi dire che Kc sia uguale al composto in fase gassosa. Nel caso preso come esempio:
Kc=([〖CaO]〗^1 [CO_2 ]^1)/[CaCO_3 ] =[CO_2 ]
K_p=(P(CO_2 )P(CaO))/(P(CaCO_3))=P(CO_2 )
Anche nel caso di Kp essa sarà uguale al composto in fase gassosa in quanto a temperatura costante la tensione di vapore del solido è costante.
Se si hanno solidi o liquidi puri la densità e la molarità sono costanti a temperatura costante. Le loro concentrazioni molari (tensioni di vapore, tensioni di sublimazione) vengono inglobate nella costante di equilibrio.
In soluzioni diluite la concentrazione del solvente si considera costante.
Domande da interrogazione
- Da cosa dipendono le costanti di equilibrio?
- Come si relazionano Kc e Kp in una reazione chimica?
- Cosa succede all'equilibrio se Δn è maggiore di zero?
- Come si comportano le costanti di equilibrio in un equilibrio eterogeneo?
- Qual è l'effetto della temperatura sui solidi in equilibrio?
Le costanti di equilibrio dipendono solamente dalla temperatura e non dalle concentrazioni iniziali o pressioni parziali.
La relazione tra Kc e Kp è data da Kp = Kc × (RT)^(Δn gas), dove Δn è la differenza tra i coefficienti stechiometrici dei prodotti e dei reagenti gassosi.
Se Δn > 0, la reazione avviene con un aumento del numero di moli, spostandosi da sinistra verso destra, e se la pressione è costante, aumenta il volume.
In un equilibrio eterogeneo, le concentrazioni dei solidi e dei liquidi puri sono considerate costanti e vengono inglobate nella costante di equilibrio.
A temperatura costante, la densità e la concentrazione dei solidi rimangono costanti, e la tensione di vapore del solido è costante, influenzando così la costante di equilibrio.
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