Appunti di chimica su Equilibrio Chimico e Principio di Le Chatelier

Equilibrio chimico

Reazioni irreversibili

aA + bB → cC + dD

Reazioni reversibili

aA + bB ⇌ cC + dD

Reagenti ⇌ Prodotti

cC + dD ⇌ A + B Reazione inversa

Essendo le reazioni irreversibili sono fini nel tempo, quelle irreversibili no. Per quanto riguarda le velocità iniziali delle reazioni...

Reagenti si trasformano in prodotti... i prodotti si trasformano in reagenti perché la concentrazione di A, B...

Equilibrio chimico

In cui V_dir = V_inv

V_dir = K_dir [A]^a [B]^b
V_inv = K_inv [C]^c [D]^d

Siccome V_dir = V_inv
k_dir[A]^a[B]^b = k_inv [C]^c[D]^d

K_C = K_dir / K_inv

Velocità all'equilibrio si esprime in funzione delle concentrazioni. K_C è la costante di equilibrio a tempo costante ci dice quanti prodotti e reagenti abbiamo:

• Se K_C = elevato + molti prodotti
• Se K_C = basso + molti reagenti

Legge di azione di massa o legge di Guldberg-Waage

In una reazione in equilibrio, il rapporto tra il prodotto delle concentrazioni dei prodotti e quelli delle concentrazioni dei reagenti, ciascuna elevata al proprio coefficiente stechiometrico... è una costante.

Equilibrio chimico: reazioni irreversibili e reversibili

aA + bB ➔ cC + dD

aA + bB ⇄ cC + dD

Sono costituite da: aA + bB ⇄ cC + dD

Reazione diretta: reagenti cC + dD ➔ aA + bB

Reazione inversa: prodotti reagenti

Mentre le reazioni irreversibili sono finite nel tempo, quelle reversibili no. Per quanto riguarda le velocità iniziali, nelle reazioni per cui i reagenti si trasformano in prodotti si insegue delle altre anche se c'è una è maggiore rispetto a quella di cC e C + D (si ripropone alle velocità) (V_dir e V_inv).

Man mano che la reazione prosegue, si formano quindi i prodotti c e d e pertanto aumenta la loro concentrazione. Ma il corretto minimizza per sostituzione di A e B ed essa seguita la loro velocità fino a quando si raggiunge un equilibrio chimico in cui V_dir = V_inv.

V_dir = K_dir[A]^a[B]^b
V_inv = K_inv[C]^c[D]^d

Dove K_dir = costante di equilibrio diretta

a/b/c/d = ordini parziali o coeff. stechiometrico

[A] e [B] = concentrazione dei reagenti all'equilibrio

Dove K_inv = costante di equilibrio inversa

c/a = coeff. stechiometrico

[C] e [D] = concentrazione

Siccome V_dir = V_inv

K_dir[A]^a[B]^b = k_inv[C]^c[D]^d

K_c = K_dirK_inv
K_c = [C]^c[D]^d / [A]^a[B]^b

Velocità all'equilibrio: C_c è espressa in funzione delle concentrazioni. K_c è costante di equia tempo costante. Ci dice quanti prodotti e i reagenti abbiamo;

• Se K_c = elevato, molti prodotti
• Se K_c = basso, molti reagenti

Legge di azione di massa o legge di Guldberg-Waage

In una reazione in equilibrio, il rapporto tra il prodotto delle concentrazioni dei prodotti e quello delle concentrazioni dei reagenti, ciascuna elevata al proprio coefficiente stechiometrico, è una costante.

Per una reazione che decorre in fase omogenea gassosa possiamo esprimere la relazione in funzione delle pressioni parziali P. Dal momento che esiste una relazione tra pressione e concentrazione, esiste una relazione che permette il passaggio da Kc a Kp o Kp a Kc.

Pa= _{nA RT/V}= [A] RT —-> Pa = [A] RT —-> sostituendo nella formula di Kp

Kp = [C]^c[D]^d RT^d+c /[A]^a [B]^b RT[c+a+b] -> Kp=[C][D]/[A][B] => Kc Kp=Kc(RT)^∆n

δn: variazione n moli (diff tra numero moli di prodotti e numero di moli dei reagenti)

Caso limite

Se n prodotti = n reagenti —-> ∆n = 0 —-> Kc = Kp

Dal momento che [t -> ] la stessa reazione si può scrivere in funzione del numero N di moli e esiste la relazione che permette il passaggio da Kc a Kni o Kni a Kct = _{N/V ] -> sostituire queste nelle relazione in funzione delle [ ]}

Kc = N/V/V = (n_{A/V)^a(nB/V)^b —-> Kc = (nC/V)^c(nD/V)^d = ^nCc(nBb = = Kni}

Kc =Kni/ V_{ΛM Costanti a temp. costante}

Kc, Kp, Kni —-> Informazioni sullo stato della reazione

Valore elevato (K_dirinv) -> Equilibrio verso destra (prodotti)

Valore basso (K_dirinv) -> Equilibrio spostato verso sinistra (reagenti)

Principio di Le Chatelier o dell'equilibrio mobile

È il criterio generale per prevedere lo spostamento di un equilibrio in risposta a sollecitazioni esterne. Afferma che:

«Un sistema in equilibrio tende a mantenere l'equilibrio inalterato neutralizzando per quanto possibile qualsiasi azione esterna. L'equilibrio reagisce cercando di annullare l'azione tendendo all'opposto»

Per modificare l'equilibrio, si può intervenire agendo su 2 parametri:

1. Concentrazione (T costante)

Aumentando la [ ] di una specie chimica l'equilibrio si sposterà dalla parte opposta. Diminuendo la [ ] di una specie chimica l'equilibrio si sposterà verso il lato in cui è presente la specie con minore [ ] e diminuirà.

Pressione (T costante) (solo per le reazioni in fase gassosa)

Se si interviene sulla pressione varrà il numero di moli _P = ^nRT/_V dove R, T, e V sono costanti.

Se aumentiamo la pressione, aumentano il numero di moli e l'equilibrio si sposterà verso il lato della reazione in cui è minore complessivamente il numero di moli.

• N₂ + 3 H₂ ➞ 2 NH₃ aumento di P ➞ equilibrio verso destra (dove n è minore)
• PCl₅ ➞ PCl₃ + Cl₂ aumento di P ➞ equilibrio verso sinistra (dove n è minore)
• H₂ + I₂ ➞ 2 HI aumento di P ➞ indifferente

La variazione di pressione in una reazione che decorre con lo stesso numero di moli nei reagenti e nei prodotti; l'aumento di pressione non implica nessuno spostamento di equilibrio.