Le reazioni all equilibrio

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1 Le reazioi a equiibrio a) Durate a sitesi de ammoiaca a cocetrazioe moare di N 2, H 2 e NH 3 viee mutado co i tempo fio a quado si assesta su vaori che vedoo i tre compoeti tutti e tre preseti e che rimagoo costati. b) Ripetedo esperimeto a partire da ammoiaca pura, questa si decompoe e a composizioe si assesta secodo ua miscea di ammoiaca, azoto e idrogeo che o varia uteriormete. 1

2 L equiibrio chimico da puto di vista cietico coc reageti raggiugimeto de equiibrio Basso redimeto prodotti tempo Ogi reazioe, i u sistema chiuso, raggiuge uo stato di equiibrio: REAG PROD (reazioe DIRETTA) PROD REAG (reazioe INVERSA) raggiugimeto de equiibrio coc reageti prodotti Ato redimeto tempo 2

3 L equiibrio chimico da puto di vista cietico veocità veocità reazioe diretta raggiugimeto de equiibrio REAGENTI PRODOTTI L equiibrio chimico è raggiuto quado e veocità di reazioe diretta ed iversa soo uguai. veocità reazioe iversa veocità reaz diretta = veocità reaz iversa tempo k 1 [A] [B] = k -1 [C] [D] L equiibrio chimico è u processo DINAMICO 2 H 2 + O 2 2 H 2 O H 2 + C 2 2 HC N H 2 2 NH 3 3

4 L equiibrio chimico LA LEGGE DELL EQUILIBRIO CHIMICO (egge de azioe di massa) Ad equiibrio raggiuto i rapporto tra i prodotto dee cocetrazioi dei prodotti e i prodotto tra e cocetrazioi dei reageti, eevate ciascua ad u poteza corrispodete a proprio coefficiete stechiometrico è, per ua data reazioe ivariate e i suo vaore dipede soo daa temperatura. a A + b B + L + m M + Rigorosamete vaida soo per sistemi costituiti da GAS IDEALI o da SOLUZIONI IDEALI o DILUITE. K = (C L ) e (C M ) em (C A ) e a (C B ) eb 4

5 L equiibrio chimico da puto di vista cietico: costati di equiibrio Cosideriamo a reazioe: H 2 + I 2 Reazioe diretta d[hi] dt Meccaismo sempice Reazioi che si compioo i u uico stadio (k) (k ) 2 HI Reazioe iversa = k [H 2 ] [I 2 ] d[hi] - = k [HI] 2 dt A equiibrio raggiuto a veocità di formazioe de acido iodidrico è uguae aa veocità co cui esso si decompoe, quidi: d[hi] dt = d[hi] dt = k [H 2 ] [I 2 ] = k [HI] 2 k k = [HI] 2 [H 2 ] [I 2 ] = K eq k, k = f(t) K eq = f (T) Costate di equiibrio 5

6 L equiibrio chimico da puto di vista cietico Meccaismo sempice Reazioi che si compioo i u uico stadio Codizioe cietica di equiibrio Le veocità dee reazioi diretta e iversa soo uguai. Meccaismo compesso Reazioi che si compioo i più stadi Codizioe di equiibrio cietica Ciascu sigoo stadio eemetare si trova a equiibrio quado o è ache a reazioe compessiva. La costate di equiibrio risuta ua combiazioe dee costati cietiche reative ai vari stadi. 6

7 Espressioi dea costate di equiibrio a A + b B + L + m M + V = cost. K C = [L] [M] m [A] a [B] b L Mm = Aa Bb 1 V v P = cost. K P = p L p Mm p Aa p Bb = ( X L P ) ( X M P ) m ( X A P ) a ( X B P ) b = ( X L ) ( X M ) m ( X A ) a ( X B ) b P v = ( L / ) ( M / ) m ( A / ) a ( B / ) b P v = L M m A a B b P v v = ( + m + ) ( a + b + ) = Σ v prodotti Σ v reageti 7

8 Reazioe tra K C e K P P V = RT 1 = P V RT K C = L Mm Aa Bb 1 V L Mm P = = RT Aa Bb = L Mm Aa Bb P 1 RT K C = K 1 P RT K P = K C (RT) K C = K P se = 0 8

9 Equiibri eterogeei U equiibrio è eterogeeo quado e specie che vi partecipao fao parte di fasi diverse. gas soidi gas - iquidi Nee espressioi dee K e i si cosiderao soo e specie gassose. Ag 2 O (s) 2 Ag (s) +1/2 O 2 (g) K C = (C O 2 ) 1/2 K P = (p O 2 ) 1/2 9

10 Spostameto de equiibrio Legge di Le Chateier (de equiibrio mobie) Se si aterao e codizioi i cui si trova u sistema a equiibrio, variado uo quauque dei fattori che e determiao a posizioe, equiibrio si sposta ea direzioe che tede a ristabiire e codizioi iiziai. Effetto dea variazioe dee quatità dei compoeti Effetto dea pressioe Effetto dea preseza di gas ierti Effetto dea temperatura Importate: a costate di equiibrio K di ua determiata reazioe chimica dipede sotato daa TEMPERATURA. 10

11 Spostameto de equiibrio Effetto dea quatità dei compoeti K C = L Mm Aa Bb 1 V variazioe dee codizioi sperimetai uovo stato di equiibrio A L Mm Aa Bb L Mm Equiibrio L L Mm Aa Bb Aa Bb Equiibrio 11

12 Spostameto de equiibrio Effetto dea pressioe K P = (X L ) (X M ) m p (X A ) a (X B ) b p p X L X Mm X Aa X Bb Equiibrio v > 0 v > 0 v = 0 = 1 = costate essu effetto 12

13 Spostameto de equiibrio Effetto di u gas ierte K P = L Mm Aa Bb P P L Mm Aa Bb Equiibrio v > 0 v > 0 v = 0 = 1 = costate essu effetto 13

14 Spostameto de equiibrio Effetto dea temperatura REAZIONE ENDOTERMICA E p > E r E p E r >0 E ad >E a i REAZIONE ESOTERMICA E p < E r E p E r <0 E ad <E a i K = k d k i K aumeta a aumetare di T K dimiuisce a aumetare di T Equazioe di Va t Hoff d (K) H = dt RT 2 14