Chimica e materiali, gli equilibri chimici

Gli equilibri chimici

Equilibrio chimico

Definizione: Si definisce equilibrio chimico lo stato in cui una reazione chimica ha velocità della reazione diretta (produzione di prodotti da parte di reagenti) pari a quella inversa (creazione di reagenti da parte dei prodotti).

• Ogni equilibrio chimico ha natura dinamica (ovvero l'equilibrio è frutto di una continua iterazione fra i composti che fanno parte dei reagenti o dei prodotti).

La velocità di reazione diretta prevarrà finché il ΔG della reazione sarà negativo (reazione spontanea); quando è positivo prevarrà la reazione inversa ma, in equilibrio, le due si compenseranno tenendo l'energia libera al valore 0 (si ricordi che ΔG = G_prodotti - G_reagenti).

ΔG è pari alla derivata del grafico a destra.

Quoziente di reazione e costante di equilibrio

Per una determinata reazione αA + βB → γC + δD, il quoziente di reazione è:

Q = [C]^γ [D]^δ / [A]^α [B]^β, dove le parentesi quadre indicano la concentrazione e "a" significa attività (i coefficienti stechiometrici vengono posti all’esponente).

• Si può scrivere Q anche in funzione delle pressioni parziali nel caso di reazioni dove compaiono solo composti gassosi.
• L'attività di una sostanza è un particolare coefficiente correlato alle interazioni dei suoi ioni in soluzione; l'attività di un solido o di un liquido puro è pari a 1; l'attività del solvente in una soluzione diluita è approssimativamente pari a 1.
• I particolari dati inseriti nel calcolo del Q possono essere presi in qualunque momento durante la reazione; la costante di equilibrio K è un particolare quoziente di reazione in cui concentrazioni o attività sono misurate nella fase di equilibrio chimico della reazione.

La costante di equilibrio è anche correlata con l'energia libera di reazione standard con la seguente formula: ΔG° = -R × T × ln K, dove R è la costante dei gas ideali.

La costante di equilibrio riferita alla reazione inversa è pari a 1/K, dove K è la costante di equilibrio della reazione diretta.

Utilità delle costanti di equilibrio

La costante di equilibrio ci permette di sapere in che quantità reagenti e prodotti sono presenti in fase di equilibrio chimico (possiamo sapere in che verso …