Valitutti Tifi Gentile Esploriamo la chimica Zanichelli editore

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Valitutti, Tifi, Gentile Esploriamo la chimica Seconda edizione di Chimica: molecole in movimento

Capitolo 16 L’equilibrio chimico 1. L’equilibrio dinamico 2. L’equilibrio chimico: anche i prodotti reagiscono 3. La costante di equilibrio 4. Il principio di Le Châtelier 5. L’equilibrio di solubilità Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 3

1. L’equilibrio dinamico Un sistema è in equilibrio dinamico quando le velocità delle trasformazioni opposte sono uguali. Quando una trasformazione fisica o chimica giunge all’equilibrio, le condizioni di reversibilità e dinamicità sono indicate da una doppia freccia. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 4

2. L’equilibrio chimico: anche i prodotti reagiscono Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 5

2. L’equilibrio chimico: anche i prodotti reagiscono A temperatura e pressione costanti, un sistema chimico chiuso è all’equilibrio se la concentrazione (o pressione) dei reagenti e dei prodotti è costante nel tempo. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 6

3. L’equilibrio chimico: anche i prodotti reagiscono Data la generica reazione a. A + b. B ⇄ c. C + d. D Il valore di questo rapporto prende il nome di costante di equilibrio (Keq) ed è espressa dalla relazione: Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 7

3. L’equilibrio chimico: anche i prodotti reagiscono Cato Guldberg e Peter Waage enunciarono nel 1864 la legge dell’azione di massa. In un sistema chimico in equilibrio, a una data temperatura e a una data pressione, il rapporto fra il prodotto delle concentrazioni molari dei prodotti e il prodotto delle concentrazioni molari dei reagenti, ciascuna elevata al proprio coefficiente stechiometrico, è costante. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 8

3. L’equilibrio chimico: anche i prodotti reagiscono Per ricavare la costante di equilibrio valgono le seguenti regole: 1. le concentrazioni dei prodotti si pongono al numeratore e quelle dei reagenti al denominatore; 2. le concentrazioni vanno moltiplicate fra loro ed elevate a potenza con i rispettivi coefficienti di reazione. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 9

3. L’equilibrio chimico: anche i prodotti reagiscono Se Keq > 1 la reazione è spostata verso i prodotti. Se Keq = 1 la reazione è all’equilibrio. Se Keq < 1 la reazione è spostata verso i reagenti. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 10

3. L’equilibrio chimico: anche i prodotti reagiscono Nelle reazioni omogenee in fase gassosa, la costante di equilibrio viene espressa in funzione delle pressioni parziali e si indica con Kp. a. A(g) + b. B(g) ⇄ c. C(g) + d. D(g) Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 11

3. L’equilibrio chimico: anche i prodotti reagiscono Il valore della costante di equilibrio Keq varia con la temperatura; per ogni valore di temperatura esistono all’equilibrio un diverso valore di Keq e diverse concentrazioni di reagenti e prodotti. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 12

3. L’equilibrio chimico: anche i prodotti reagiscono Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 13

4. Il principio di Le Châtelier Lo stato di equilibrio si altera se si vanno a modificare le condizioni di temperatura, pressione, concentrazione di reagenti e prodotti. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 14

4. Il principio di Le Châtelier Si deve a Le Châtelier il principio dell’equilibrio mobile. Un sistema all’equilibrio, perturbato da un’azione esterna, reagisce in modo da ridurne o alterarne l’effetto ristabilendo l’equilibrio Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 15

4. Il principio di Le Châtelier Aggiungendo un reagente a un sistema all’equilibrio, questo si sposta nella direzione che consente il consumo dell’aggiunta di reagente a favore della formazione del prodotto. Viceversa si ha la reazione opposta se si aggiunge un prodotto. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 16

4. Il principio di Le Châtelier Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 17

4. Il principio di Le Châtelier Principio di Le Châtelier (concentrazione) Cambiando la concentrazione dei prodotti e dei reagenti, il loro rapporto (cioè la costante di equilibrio, Keq) rimane invariato, purché la temperatura rimanga costante prima e dopo l’aggiunta. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 18

4. Il principio di Le Châtelier Gli equilibri in fase gassosa risentono delle variazioni di pressione e volume. Principio di Le Châtelier (pressione) L’aumento di pressione di un sistema gassoso all’equilibrio, comporta lo spostamento dell’equilibrio nella direzione in cui è presente il minore numero di molecole. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 19

4. Il principio di Le Châtelier Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 20

4. Il principio di Le Châtelier Principio di Le Châtelier (temperatura) Se si riscalda un sistema all’equilibrio, si favorisce la reazione endotermcia; se invece si raffredda, si favorisce la reazione esotermica. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 21

4. Il principio di Le Châtelier La presenza di un catalizzatore influenza solo la velocità con cui si raggiunge l’equilibrio, ma non ha nessun effetto sulla posizione dell’equilibrio perché non il catalizzatore non partecipa alla reazione. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 22

5. L’equilibrio di solubilità Le reazioni si dicono eterogenee quando i componenti si trovano in fasi diverse. Si ha una reazione eterogenea per esempio quando si libera un gas a partire da un solido, oppure quando un soluto solido si scioglie in soluzione. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 23

5. L’equilibrio di solubilità La dissociazione in ioni di un solido è una reazione chimica specificata da una propria particolare costante di equilibrio detta prodotto di solubilità (Kps). Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 24

5. L’equilibrio di solubilità Kps è tanto più piccolo quanto meno solubile è una sostanza. In soluzione si ha formazione di un precipitato quando il prodotto delle concentrazioniche relative a una sostanza è maggiore del suo Kps. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 25

5. L’equilibrio di solubilità Come negli equilibri, la variazione della temperatura influenza il prodotto di solubilità nel seguente modo: • se la solubilizzazione è endotermica sarà favorita la formazione della soluzione; • se la solubilizzazione è esotermica la solubilità diminuisce all’aumentare della temperatura. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 26

5. L’equilibrio di solubilità L’aggiunta di uno ione comune a una soluzione satura di un composto ionico all’equilibrio ne abbassa la solubilità (effetto dello ione comune). Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 27