Lequilibrio chimico Chimica e laboratorio Novembre 2006 Prof

L’equilibrio chimico Chimica e laboratorio Novembre 2006 Prof. ssa Silvia Recchia

Come facciamo a stabilire quando e se una reazione è terminata? Ipotesi: n Quando la velocità di reazione è costante… n Quando i reagenti sono finiti… n Quando tutti i reagenti si sono trasformati in prodotti… n… Novembre 2006 Prof. ssa Silvia Recchia 2

n Se sperimentalmente misuriamo che la velocità di reazione è diventata costante, ovvero che la reazione è terminata, come facciamo ad essere certi che tutti i reagenti si sono consumati? Novembre 2006 Prof. ssa Silvia Recchia 3

…e se troviamo ancora dei reagenti? n Come mai i reagenti non si sono completamente consumati? n n Le reazioni chimiche possono essere • irreversibili (quando i reagenti si trasformano completamente nei prodotti senza alcuna possibilità di ritorno) si dicono COMPLETE • reversibili (quando coesistono due reazioni che trasformano i reagenti in prodotti ed i prodotti in reagenti) si dicono INCOMPLETE Se una reazione è reversibile, al suo “termine” i reagenti non sono del tutto consumati Novembre 2006 Prof. ssa Silvia Recchia 4

Le reazioni diretta e inversa n Reazione diretta – trasforma i reagenti in prodotti R P – La velocità è espressa come vdir = kd [R] n Reazione inversa – Trasforma i prodotti in reagenti P R – La velocità è espressa come vinv = ki [P] animazione Novembre 2006 Prof. ssa Silvia Recchia 6

La condizione di equilibrio� Durante la reazione la velocità di formazione dei prodotti (diretta) diminuisce, mentre quella di formazione dei reagenti dai prodotti (inversa) aumenta n …fino a quando? n fino a che le due velocità si eguagliano ovvero quando vdir = vinv n In queste condizioni la reazione si dice all’equilibrio n Novembre 2006 Prof. ssa Silvia Recchia 7

La dinamicità dell’equilibrio All’equilibrio le concentrazioni di reagenti e prodotti rimangono costanti n Non perché non avvengono più reazioni, ma perché avvengono continue trasformazioni di reagenti in prodotti e viceversa con la stessa velocità. n Cioè si consumano tante molecole di reagente quante se ne formano dai prodotti. n Quindi la condizione di equilibrio non è statica, ma è dinamica, anche se a livello macroscopico non ce ne accorgiamo. n Novembre 2006 Prof. ssa Silvia Recchia 9

ZONA CINETICA ZONA D’EQUILIBRIO 2 NO 2 (g) MARRONE SCURO N 2 O 4 (g) INCOLORE EQUILIBRIO REAZIONE DIRETTA (consumo di NO 2) 2 NO 2 (g) REAZIONE INVERSA (formazione di N 2 O 4) N 2 O 4 (g) MARRONE SCURO INCOLORE N 2 O 4 (g) INCOLORE 2 NO 2 (g) MARRONE SCURO All’equilibrio le concentrazioni di NO 2 e N 2 O 4 rimangono Prof. ssa Silvia Recchia 10 Novembre 2006 costanti n

La costante di equilibrio n All’equilibrio si ha che vdir = vinv kd [R] = ki [P] kd/ ki = [P] /[R] Ke = kd/ ki Ke = [P] /[R] Novembre 2006 Prof. ssa Silvia Recchia 11

La costante di equilibrio Novembre 2006 Prof. ssa Silvia Recchia 12

La legge dell’azione di massa n Per una generica reazione a. A+b. B c. C+d. D La costante di equilibrio è Tra parentesi ci sono le concentrazioni molari (mol/l) all’equilibrio Novembre 2006 K K Per i gas si utilizzano le pressioni parziali P Prof. ssa c. Silvia Recchia 13

Il calcolo della costante La Ke di una reazione è costante a temperatura costante, costante indipendentemente dalle concentrazioni dei componenti del sistema iniziale n Possiamo partire da concentrazioni iniziali diverse, ma all’equilibrio il rapporto è sempre quello espresso dalla costante di equilibrio (ad una data temperatura) n Novembre 2006 Prof. ssa Silvia Recchia 14

Alla fine… è sempre Ke L’equilibrio non dipende dalle concentrazioni iniziali n Non dipende neppure da che parte viene raggiunto: si può partire indistintamente dai soli reagenti ([P] = 0) o dai soli prodotti ([R] = 0), comunque per una data temperatura si raggiungeranno le medesime concentrazioni all’equilibrio il cui rapporto è espresso dalla Ke n Novembre 2006 Prof. ssa Silvia Recchia 15

Il significato della Ke Una reazione è tanto più spostata a destra (prevalgono i prodotti) quanto più elevato è il valore della sua Ke n Ke>>1 la reazione è completa (tutti i n reagenti si sono consumati) Una reazione è tanto più spostata a sinistra (prevalgono i reagenti) quanto più basso è il valore della sua Ke n Ke<<1 la reazione non avviene (non si n sono formati prodotti) Novembre 2006 Prof. ssa Silvia Recchia 16

Equilibri eterogenei n Quando nella reazione partecipano specie con differenti stati di aggregazione l’equilibrio si dice eterogeneo n In tal caso nell’espressione della Ke non compaiono le concentrazioni o pressioni delle fasi condensate (solidi o liquidi puri) Novembre 2006 Prof. ssa Silvia Recchia 17

Equilibri eterogenei Novembre 2006 Prof. ssa Silvia Recchia 18