Introduzione alla chimica

Effetto dell'aumento di temperatura sulle reazioni chimiche

Se un aumento di temperatura:

• Nelle reazioni endotermiche, il valore della costante di equilibrio aumenta all'aumentare della temperatura.
• Nelle reazioni esotermiche, il valore della costante di equilibrio diminuisce all'aumentare della temperatura.

Il quoziente di reazione:

Prima di raggiungere lo stato di equilibrio, le concentrazioni dei reagenti e dei prodotti variano nel tempo.

Il quoziente di reazione, Qc, è il rapporto tra il prodotto delle concentrazioni dei prodotti e quello delle concentrazioni dei reagenti, elevate ciascuna al proprio coefficiente stechiometrico.

Per una reazione omogenea in fase gassosa, in modo analogo, si parla di Qp.

Solo all'equilibrio il quoziente di reazione, Qc, assume il valore numerico della costante di equilibrio, Kc.

Quando un sistema non ha ancora raggiunto l'equilibrio:

• Se Qc < Kc, prevale la reazione diretta e aumenta nel tempo la concentrazione dei prodotti.
• Se Qc > Kc, prevale la reazione inversa.

E aumenta nel tempo la concentrazione dei reagenti. La termodinamica dell'equilibrio

A temperatura e pressione costanti, l'equilibrio chimico (in un sistema chiuso) corrisponde alla situazione di minima energia libera. All'equilibrio si ha ΔG = 0 perché il valore di energia libera del sistema rimane costante nel tempo.

Il principio di Le Châtelier

Se in un sistema all'equilibrio, si modificano temperatura, pressione o le quantità di reagenti e prodotti, interviene il principio di Le Châtelier: "Un sistema all'equilibrio, perturbato da un'azione esterna, reagisce in modo da ridurne o annullarne l'effetto, ristabilendo l'equilibrio."

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 aumentiamo il volumea disposizione (diminuzione della pressione), favoriamo lo spostamentodell'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 reazioneesotermica.

L'influenza del catalizzatore: il catalizzatore non ha alcuna influenza sulla posizionedell'equilibrio, poiché non compare nell'equazione di reazione.

La ionizzazione dell'acqua

La reazione di autoionizzazione o autoprotolisi dell'acqua è:

Poiché H2O(l) si può considerare un liquido puro, non compare nell'espressionedella costante di equilibrio:Kw è la costante dell'equilibrio di autoionizzazione e vienechiamata prodotto ionico dell'acqua.

a 25 °C: K = [H+][OH-] = 10^-14

[OH^-] = 1,0×10^-3 M

Il processo di autoionizzazione è endotermico, per cui a un aumento della temperatura corrisponde un aumento della concentrazione dei prodotti e, quindi, del valore della costante Kw.

• Quando [H⁺] > 10^-7 M, la soluzione è acida;
• Quando [H⁺] < 10^-7 M, la soluzione è basica;
• Quando [H⁺] = [OH^-], la soluzione è neutra.