Equilibri chimici teoria

Indice capitolo

1. Introduzione agli equilibri chimici omogenei in fase gassosa.
2. Costante di equilibrio in funzione di:
   • Concentrazioni
   • Frazioni molari
   • n mol
3. Fattori che influenzano l'equilibrio (Chatelier-Braun e Van't Hoff).
4. Equilibrio di dissociazione gassosa (grado di dissociazione α).

Indice capitolo 9

1. Introduzione agli equilibri chimici omogenei in fase gassosa
2. Costante di equilibrio in funzione di:
   • Concentrazioni
   • Frazioni molari
   • n mol
3. Fattori che influenzano l'equilibrio (Chatelier - Braun e Van't Hoff)
4. Equilibrio di dissociazione gassosa (grado di dissociazione α)

Equilibri omogenei in fase gassosa

Equilibrio si ha quando la velocità delle specie a sinistra (della reazione) è uguale alla velocità delle specie di destra. In queste condizioni, la variazione di energia libera nel processo è pari a zero. In una reazione i reagenti e i prodotti, in realtà, possono essere le specie sopra a sinistra o a destra in modo indipendente. Per comodità: sinistra=Reagenti Destra=Prodotti.

Legge di azione di massa (legge di Guldberg-Waage)

Esprime un generico equilibrio omogeneo tra componenti tramite introduzione di alcune costanti. Considero la reazione: _aA_(g) + _bB_(g) ⇌ _cC_(g) + _dD_(g)

Costante di equilibrio K_P = ^{P_Cc · P_Dd} / _{PA^a · PB^b} con T=cost. K_P misura la posizione dell'equilibrio: Se il valore di K_P implica che N_D > N_B, l'equilibrio è quindi spostato a destra, e per ristabilirlo, devo aggiungere una gran quantità di A e B. Se il valore è basso, l'equilibrio è spostato a sinistra e devo rimuovere una gran quantità di C e D.

Costante di equilibrio in funzione delle concentrazioni

1. K_P in funzione delle concentrazioni molari: K_P = K_c (RT)^Δ_n, dove: Δ_n = (c+d) - (a+b) K_c = ^{[C]c [D]d} / _{[A]^a [B]^b}
2. K_P in funzione del numero di moli: K_P = K_n (RT/)^Δ_n
3. K_P in funzione della frazione molare: K_P = K_x · P^Δ_n, con K_x = ^{x_Cc x_Dd} / _{xA^a xB^b}

IMPORTANTE: k_p e k_e sono costanti termodinamiche. k_n e k_x non sono costanti termodinamiche perché sono costanti solo se T è costante.

A cosa servono k_n e k_x? A valutano se un equilibrio a T costante viene influenzato da ΔV, DP e valutano la direzione e l'entità dello spostamento. B il loro calcolo seguito dalla loro trasformazione in R_p e k_e è spesso più rapido.

Relazione tra le costanti

k_p = k_e (RT)^Δ^Δ = k_n (RT/V) = k_x P^Δ^Δ

* Se ΔV variazione di mol tra prodotti e reagenti è nulla ΔJ = 0 → D k_p = k_e = k_n = k_x

Fattori che influenzano l'equilibrio

Principio di Le Chatelier-Braun: in un sistema all'equilibrio, la variazione di un parametro sposta l'equilibrio nella direzione in cui il sistema si oppone e tende a compensare l'effetto.

I fattori che influenzano l'equilibrio sono:

1. La quantità di un componente.
2. Il volume di un sistema, e di conseguenza la sua concentrazione e la sua pressione.
3. La temperatura.

Influenza della quantità di componente

In equilibrio, se si dovesse aggiungere una quantità di componente, il sistema, per il principio di Le Chatelier-Braun, si opporrà al disturbo provocato dal suo aumento facendolo reagire finché non si reinstaura un nuovo equilibrio. L'aggiunta di un composto sposta l'equilibrio nella direzione in cui l'aggiunta si consuma. Una rimozione del composto sposta l'equilibrio nella buona direzione in cui la quantità rimossa viene ricreata.

Influenza del volume, della concentrazione e della pressione

Una variazione di volume di un sistema può essere valutata anche come una variazione di concentrazione totale o di pressione. Se aumenta Ce p diminuiscono.

• Binomio volume-pressione - D in un sistema allo stato gassoso.
• Binomio volume-concentrazione - D in una soluzione.

Se V diminuisce e quindi CdP aumenta, per il principio di Le Chatelier-Braun, l'equilibrio si sposta nella direzione che provochi una diminuzione di CdP (o aumento di V). Se CdP diminuiscono vuol dire che il numero totale di molecole diminuisce. Per valutare la diminuzione di molecole e la rispettiva direzione, si osserva Δng.

• Δng > 0 → il numero di molecole diminuisce da destra verso sinistra.

In conclusione:

1. Un aumento di P sposta l'equilibrio nella direzione in cui Δng è minore di zero.
2. Una diminuzione di P sposta l'equilibrio nella direzione in cui Δng è maggiore di zero.

... Lo stesso vale per la concentrazione.

Influenza della temperatura

Il disturbo provocato da un aumento di temperatura, conseguente ad una fornitura di calore, provoca, per il principio di Le Chatelier-Braun, uno spostamento dell'equilibrio nella direzione in cui il sistema assorbe calore, dove la reazione è endotermica.

• Se ΔH° > 0 (sinistra endotermica - destra esotermica) → Un aumento di temperatura fa spostare l'equilibrio verso destra.

Legge di Van't Hoff

log _n (k2/k1) = ΔH°/R ^a (1/T1 - 1/T2)