CAPITOLO 17 Lequilibrio chimico Indice 1 Reazioni complete

CAPITOLO 17 L’equilibrio chimico Indice 1. Reazioni complete e reazioni reversibili 2. Costante di equilibrio 3. Fattori che influenzano l’equilibrio: il principio di Le Châtelier 4. Equilibrio eterogeneo Mappa concettuale: L’equilibrio chimico 5. Costante del prodotto di solubilità 6. Effetto dello ione in comune sulla solubilità © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 1

1 Reazioni complete e reazioni reversibili CAPITOLO 17. L’EQUILIBRIO CHIMICO Le reazioni che procedono con la scomparsa di uno o di entrambi i reagenti sono dette complete e sono rappresentate con una freccia rivolta verso i prodotti. Mg(s) + 2 HNO 3(aq) Mg(NO 3)2(aq) + H 2(g) Molte reazioni, invece, non arrivano a completamento: CO(g) + H 2 O(g) CO 2(g) + H 2(g) Reazioni di questo tipo sono dette reversibili e sono rappresentate con due frecce di verso opposto nella stessa reazione chimica. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2

1 Reazioni complete e reazioni reversibili CAPITOLO 17. L’EQUILIBRIO CHIMICO Quando la velocità della reazione diretta uguaglia la velocità della reazione inversa si raggiunge uno stato di equilibrio dinamico. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 3

CAPITOLO 17. L’EQUILIBRIO CHIMICO 2 Costante di equilibrio Nella seguente reazione H 2(g) + I 2(g) 2 HI(g) Hl Hl H 2 I 2 una volta raggiunto l’equilibrio, se le concentrazioni delle tre sostanze vengono inserite nella relazione: HI 2 si ottiene un valore costante, ad una specifica temperatura. H 2 I 2 A 465 °C si ottiene un valore 48, 9 che prende il nome di costante di equilibrio, indicata con Kc. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 4

CAPITOLO 17. L’EQUILIBRIO CHIMICO 2 Costante di equilibrio In una generica reazione: a. A + b. B c. C + d. D la costante di equilibrio, Kc, è data dalla relazione: C c D d costante di equilibrio = Kc = A a B b prodotti reagenti Questa equazione prende il nome di legge dell’equilibrio chimico o legge di azione di massa. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 5

2 Costante di equilibrio CAPITOLO 17. L’EQUILIBRIO CHIMICO u Significato del valore di Kc Il valore numerico della costante di equilibrio, Kc, rileva se in una reazione l’equilibrio è più spostato verso i prodotti o verso i reagenti. Kc 1 l’equilibrio è più spostato verso i prodotti Kc 1 l’equilibrio è più spostato verso i reagenti Kc ≈ 1 non vengono favoriti né i reagenti né i prodotti © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 6

3 Fattori che influenzano l’equilibrio: il principio di Le Châtelier CAPITOLO 17. L’EQUILIBRIO CHIMICO Il principio di Le Châtelier afferma che: “un sistema all’equilibrio reagisce ad ogni variazione delle condizioni sperimentali spostandosi nel verso che contrasta l’effetto di tale variazione instaurando un nuovo equilibrio”. a. Variazione della pressione Un aumento di pressione favorisce la reazione che porta ad un minor numero di molecole. N 2(g) + 3 H 2(g) 4 molecole totali 2 NH 3(g) 2 molecole Un aumento della pressione sposta l’equilibrio verso destra, cioè verso l’ammoniaca. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 7

3 Fattori che influenzano l’equilibrio: il principio di Le Châtelier CAPITOLO 17. L’EQUILIBRIO CHIMICO b. Variazione della concentrazione “Quando un reagente o un prodotto viene aggiunto ad un sistema all’equilibrio, questo si sposta nella direzione opposta a quella dove è stato aggiunto il componente”. 2 SO 2(g) + O 2(g) 2 SO 3(g) Un aumento di concentrazione di O 2 sposta l’equilibrio della reazione verso destra, cioè verso il prodotto SO 3. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 8

3 Fattori che influenzano l’equilibrio: il principio di Le Châtelier CAPITOLO 17. L’EQUILIBRIO CHIMICO c. Variazione della temperatura Con il crescere della temperatura l’equilibrio di una reazione endotermica si sposta verso destra, cioè verso il prodotto di reazione. N 2(g) + O 2(g) + 181 k. J 2 NO(g) Una reazione endotermica è favorita da un aumento della temperatura. Con il crescere della temperatura l’equilibrio di una reazione esotermica si sposta verso sinistra, cioè verso i reagenti. N 2(g) + 3 H 2(g) 2 NH 3(g) + 92, 4 k. J Una reazione esotermica è favorita da una diminuzione della temperatura. In una reazione all’equilibrio, una variazione di temperatura determina una modifica della costante di equilibrio, Kc. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 9

3 Fattori che influenzano l’equilibrio: il principio di Le Châtelier CAPITOLO 17. L’EQUILIBRIO CHIMICO d. Azione del catalizzatore In una miscela di reazione un catalizzatore non influenza l’equilibrio perché accelera sia la reazione diretta che quella inversa. La presenza del catalizzatore permette di arrivare all’equilibrio in un tempo più breve. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 10

4 Equilibrio eterogeneo CAPITOLO 17. L’EQUILIBRIO CHIMICO Quando tutte le sostanze, che partecipano ad un equilibrio, si presentano nella stessa fase si parla di equilibrio omogeneo. Nel caso in cui sono presenti due fasi diverse si parla di equilibrio eterogeneo. Ca. CO 3(s) © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas Ca. O(s) + CO 2(g) 11

4 Equilibrio eterogeneo CAPITOLO 17. L’EQUILIBRIO CHIMICO Nella decomposizione del carbonato di calcio, Ca. CO 3, l’espressione della costante di equilibrio viene così scritta: Kc = CO 2 Il valore di Kc non è influenzato dalla quantità di Ca. CO 3 e di Ca. O, fin quando entrambi i solidi sono presenti. Sebbene i due contenitori contengano quantità differenti di Ca. CO 3 e Ca. O, ad una definita temperatura (T), all’equilibrio della reazione i due contenitori hanno la stessa [CO 2], se sono presenti ambedue i solidi. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 12

Mappa concettuale: L’equilibrio chimico ESPRESSIONE DELLA COSTANTE DI EQUILIBRIO [Prodotti] KC = [Reagenti] Kc determina la posizione di equilibrio VARIAZIONE DI CONCENTRAZIONE CAPITOLO 17. L’EQUILIBRIO CHIMICO Una reazione chimica in cui sono presenti sia i reagenti che i prodotti CATALIZZATORE Non influenza l’equilibrio, ma solo il tempo per raggiungerlo Fattori che influenzano l’equilibrio chimico VARIAZIONE DI PRESSIONE VARIAZIONE DELLA TEMPERATURA Influenza Kc Teoria dell’equilibrio mobile: principio di Le Châtelier © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 13

5 Costante del prodotto di CAPITOLO 17. L’EQUILIBRIO CHIMICO solubilità Per un composto ionico poco solubile in acqua, la costante di equilibrio prende il nome di costante del prodotto di solubilità e si indica con Kps. Pb. Cl 2(s) solido non disciolto Pb 2+(aq) + 2 Cl (aq) in soluzione Kps = Pb 2+ Cl 2 La costante del prodotto di solubilità è uguale al prodotto delle concentrazioni degli ioni presenti all’equilibrio, elevate ciascuna ad un potenza pari al suo coefficiente nell’equazione di equilibrio. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 14

6 Effetto dello ione in comune sulla solubilità CAPITOLO 17. L’EQUILIBRIO CHIMICO Nella reazione di equilibrio Ag. Cl(s) Ag+(aq) + Cl (aq) se si aggiungono ioni Cl−, che derivano da un sale solubile come Na. Cl, l’equilibrio, in base al principio di Le Châtelier, si sposta verso sinistra e si forma più Ag. Cl solido. Questo comportamento è denominato effetto dello ione in comune. L’effetto dello ione in comune viene applicato per rimuovere ioni metallici nocivi in acque inquinate. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 15