Condizioni di equilibrio TD nelle reazioni chimiche

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Monica Coco
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1 Condzon d equlbo TD nelle eazon chmche Voglamo studae l metodo geneale pe la detemnazone delle condzon d equlbo d un sstema fomato da N spece chmche dvese n pesenza d una eazone chmca. S utlzza una funzone d stato che assume un valoe estemo (max o mn) quando l sstema eattvo è n equlbo TD a T e costant questa funzone è G Il cteo temodnamco d equlbo a T e costant è G = 0 Inolte pe una eazone spontanea a T, costant G < 0 T e costant, una mscela eattva tende a modfcae la sua composzone fno a che la sua Enega d Gbbs aggunge un valoe MINIMO

2 T, costant, dg dpende solo dalla composzone della mscela G a T, costant dg dn a : eazone spontanea da R a dg < 0 c a b b : eazone non spontanea da R a dg > 0 c : all equlbo (mnmo d G) sono pesent sa R che dg = 0 R composzone mscela Voglamo pevedee quale è la composzone della mscela eattva quando è aggunto l equlbo TD quando s aggunge l equlbo e T, sono costant, la composzone della mscela non vaa pù

3 Gado d vanzamento d una eazone Consdeamo una geneca eazone chmca ndcata dall equazone stechometca : C C D D : coeff. stechometc Il pocesso stechometco mplca delle elazon quanttatve ta le vaazon del n. d mol d cascun componente e caattezzae la convesone de eagent n podott possamo defne una vaable unca che tenga conto della stechometa della eazone e che msua l gado d avanzamento della eazone - dn = d - dn = d dn C = C d dn D = D d dn d < 0 pe eagent > 0 pe podott d dn

4 d dn oché coeffcent stechometc sono admensonal, dalla defnzone d è evdente che la sua dmensone è la mole. Il suo valoe è compeso ta 0 e 1, che cospondono spettvamente al sstema consstente d sol eagent (convesone dello zeo %) ed al sstema de sol podott (convesone del 100%). In geneale, se la eazone avanza d d s avà una cospondente vaazone delle mol d tutt suo component e n cospondenza s avà una vaazone della G del sstema ll equlbo la composzone della mscela non vaa pù e dg=0 bsogna collegae dg a d

5 Gado d avanzamento e vaazone d G C T, costant la vaazone d G pe una mscela è C D D pe una mscela eattva dg dn dn d dg d Duante la eazone d vaa al vaae della composzone. ll equlbo dg d 0 condzone d equlbo pe mscele eattve a T, costant

6 Reazone,T costant, la vaazone nfntesma d G è dgt, p d d ( ) d G T, G ( ) pendenza della cuva G vs enega lbea d eazone vaano con la composzone della mscela qund col pocedee della eazone G vaa = G = 0 condzone d equlbo > G < 0 la eazone pocede spontaneamente da a < G > 0 la eazone pocede spontaneamente da ad

7 Tenendo conto che l potenzale chmco dpende dalla composzone, da T e da, possamo calcolae la composzone d una eazone all equlbo Se la eazone d equlbo convolge due gas deal G RT ln RT ln 0 0 G G RT ln Q defnamo Q quozente d eazone G G RT ln Q ll equlbo G = 0 e Q equlbo = K G RT ln K K equlbo

8 G RT ln K ll equlbo, l appoto ta le pesson pazal (concentazon) d podott e eagent ha un valoe fsso, denomnato K (Costante d Equlbo Temodnamca) pe la eazone K equlbo se > K > 1, ln K > 0 : podott favot; n questo caso G < 0 mplca che all equlbo sono pesent pù che R se < K < 1 e ln K < 0 : eagent favot; n questo caso G > 0 mplca che all equlbo sono pesent pù R che bbamo devato questa espessone pe de gas deal. Ha peò una valdtà geneale (ndpendentemente da come vene espessa la concentazone delle spece)

9 Genealzzamo la eazone ta gas deal a(g) + b(g) cc(g) + dd(g) K c C a d D b Se abbamo una eazone n soluzone a + b cc + dd l quozente d eazone è Q c c [C] [D] a [] [] d b ll equlbo Q c K c c [C] [D] a [] [] d b

10 G 0 pod v 0 eag v 0 R vaazone d enega d Gbbs (o enega lbea) standad della eazone. ochè è l enega d Gbbs molae nello stato standad d una sostanza, 0 v è l enega d Gbbs totale d podott (o eagent) ne loo stat standad alla T della eazone G s cava dalle tabelle delle enege d Gbbs standad d fomazone G G ( ) v G ( ) v 0 pod 0 f eag 0 f R Enega d Gbbs standad d fomazone d una mole d sostanza a pate da suo element ne loo stat standad Le en. d Gbbs standad d fomazone sono tabulate (=1ba, T 298K) pe dvese sostanze

11 La poszone dell equlbo vaa al vaae delle condzon estene ncpo d Le Chatele Un sstema all equlbo, soggetto ad una petubazone, sponde n modo da mnmzzae l effetto della petubazone s puo azonalzzae consdeando l effetto d T o d sull equlbo

12 K eq e Tempeatua aumentando la tempeatua, l equlbo s sposta veso la eazone endotemca dmnuendo la tempeatua, l equlbo s sposta veso la eazone esotemca Vedamo come possamo azonalzzae questa ossevazone atendo dall equazone d Gbbs-Helmholtz è possble devae l equazone d Van t Hoff equazone d Gbbs-Helmholtz, cost all equlbo TD d( G / T) dt H 2 T G RT ln K ln K G RT Sosttuendo R lnk a G /T T ( Rln K) H 2 T

13 costante d ln K dt H 2 RT equazone d Van t Hoff d ln K se H O < 0 (eazone esotemca) 0 dt se T aumenta K dmnusce (T 2 > T 1, K 2 < K 1 ) d ln K se H O > 0 (eazone endotemca) 0 dt se T aumenta K aumenta (T 2 > T 1, K 2 > K 1 )

14 Dpendenza dell equlbo da G K dpende dal valoe d G RT ln K, defnto alla pessone standad. G e qund K sono petanto valo ndpendent dalla alla quale l equlbo s nstaua K T 0 nche se K non dpende da la composzone d equlbo è sensble alla vaazone d (g) 2(g) Se aumenta la eazone tende a spostas veso eagent un aumento d In geneale : se c è un aumento d molecolatà da R a sfavosce la fomazone d se c è una dmnuzone d molecolatà da R a K 2 un aumento d favosce

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