G = - RT ln K + RT ln Q G = RT ln (Q / K)

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1 Quoziete di reazioe e composizioe di equilibrio G = - RT l + RT l Q G = RT l (Q / ) Q < G < La reazioe procede spotaeamete dai reageti ai prodotti: Q crescerà fio a raggiugere il valore di (il sistema tede spotaeamete all equilibrio). Q = G = Il sistema è all equilibrio Q > G > La reazioe procede spotaeamete dai prodotti ai reageti: Q decrescerà fio a raggiugere il valore di (il sistema tede spotaeamete all equilibrio). Q Q> Q= Q< tempo

2 SO (g) + O (g) SO 3 (g) 7º si ha = 6,9 (cioè G = -15,65 kj mol -1 ) Situazioe iiziale: a 7 si ha 1 SO, atm; 1, atm; 1, atm; SO 3 O Quoziete di reazioe: Q SO3 1 SO O Il sistema o è all equilibrio, ma tede a spostarsi verso i prodotti Ma mao che la reazioe si sposta dai reageti ai prodotti, il valore di Q cresce prechè cresce il umeratore (. parziale del prodotto) e decresce il deomiatore (. parziale dei reageti). Quado Q ha raggiuto il valore della costate di equilibrio la reazioe è all equilibrio.

3 Uso della costate di equilibrio bbiamo visto che l equilibrio chimico può essere caratterizzato mediate ua costate di equilibrio. ediamo adesso come questa possa essere utilizzata. 1. Iterpretazioe qualitativa della costate di equilibrio.. revisioe della direzioe della reazioe, per ua reazioe che o si trovi all equilibrio e che lo debba raggiugere. 3. alcolo delle cocetrazioi di equilibrio a partire da determiate cocetrazioi iiziali 4. alcolo della costate di equilibrio a partire da dati di equilibrio.

4 1. Iterpretazioe qualitativa della costate di equilibrio er ua data reazioe di equilibrio: a + b c + d Se è grade ( >>1) l equilibrio è spostato verso i prodotti, cioè ella miscela di equilibrio le cocetrazioi dei prodotti soo maggiori di quelle dei reageti Se è piccola ( <<1) l equilibrio è spostato verso i reageti O O + ½ O 1 eq = 1-36 eq = [O][O ] 1/ /[O ] =1-36 ll equilibrio le cocetrazioi di O e O soo trascurabili.

5 . revisioe della direzioe della reazioe I u recipiete di volume pari a 5 L vegoo itrodotte 1, mole di N, 3 moli di e,5 moli di N 3. Sapedo che per questo equilibrio N (g) + 3 (g) N 3 (g) =,5 a 4, stabilire i che direzioe si sposta la reazioe Si calcolao prima le cocetrazioi: 1mol [ N], mol/l 5 L,5 mol [ N3],1 mol/l 5 L [ ] 3 mol 5 L,6 mol/l Ora possiamo calcolare il quoziete di reazioe [N3] [N ][ (,1) Q 3 ] (,)(,6) 3 3,1 oiché Q =3,1 è maggiore di =,5 la reazioe si sposta verso siistra

6 3. alcolo delle cocetrazioi di equilibrio ota kc La reazioe O(g) + O(g) O (g) + (g) ha ua di,58 a 1. Se itroduciamo iizialmete 1 moli di O e moli di O i u palloe di 5 litri. Quale sarà la composizioe del sistema ad equilibrio raggiuto? I questo caso il quoziete di reazioe è ullo poiché soo preseti solo i reageti la reazioe evolverà verso i prodotti cosumado reageti (Q<) Q [O][] [O][ O] Essedo la composizioe di equilibrio icogita, idicheremo co la quatità di moli reagite o formate (possibilmete associadola al compoete che ha coeff. uitario ella reazioe), e scriviamo la tabella stechiometrica: Notare che la reazioe avviee seza variaz del di moli:

7 O(g) + O(g) O (g) + (g) Moli iiziali 1 ariazioi i cui soo le moli di O che si formao e soo legate alle altre moli formate o scomparse dai coefficieti stechiometrici Moli 1- - all equilibrio Si sostituiscoo poi le cocetrazioi all equilibrio ell espressioe per (ricordado che =/). I questo caso = c =, quidi posso lavorare direttamete co il di moli,58 [O][] [O][ O] () () (1- )( - ) O O O O O O X è ricavata dalla soluzioe della equazioe di grado, scartado la soluz. che o ha sigificato fisico

8 4. alcolo della costate di equilibrio da dati di equilibrio I u reattore di volume pari a 1 L vegoo itrodotte 1,4 moli di 4,.3 moli di O e 1.6 moli di O. 6 la miscela reagisce secodo la reazioe: 4 (g) + O(g) O(g) + 3 (g) Sapedo che all equilibrio si soo formate.6 moli di determiare la c e la p. 4 (g) + O(g) O(g) +3 (g) Moli iiziali ariazioi Tabella stechiometrica X= moli di O prodotte Moli all equilibrio ooscedo le moli di idrogeo all equilibrio posso imporre: 3=.6 =.6/3 =.

9 Noto il valore di =. posso determiare la composizioe di tutti i compoeti all equilibrio: 4 (g) + O(g) O(g) +3 (g) Moli all equilibrio Moli all equilibrio *. Moli all equilibrio c p 3 [O][] [ ][ O] 4 ( RT ) 8 3 (.6) (1.6) (.8)(1.38) (1) 3 (.8* 6) 4 O O O O 1

10 ricipio di Le hâtelier U sistema i equilibrio che è soggetto ad ua perturbazioe estera, reagirà i modo tale da cotrapporsi a tale variazioe.

11 ossiamo perturbare il sistema chimico all equilibrio variado: Le cocetrazioi, ovvero allotaado o itroducedo u reagete o u prodotto La pressioe o il volume del recipiete La temperatura del sistema

12 ariazioe di cocetrazioe osideriamo la reazioe (g) + I (g) I(g) c(44 )=5 Nota la composizioe del sistema all equilibrio: I] = 4 moli c I = moli [][I I = moli I [ I ] I I () 4* 5 ogliamo sapere cosa accade se aggiugiamo al sistema i equilibrio mol di. La composizioe, appea fatta questa aggiuta, è: = 6 moli I = moli I = moli [ I] () Q c [ ][I ] 6* La reazioe si sposta verso i prodotti i modo che e I dimiuiscao formado I. I questo modo il sistema si oppoe alla perturbazioe tededo a far dimiuire l idrogeo che è stato aggiuto.

13 (g) + I (g) I(g) Moli dopo 6 la perturbazioe Risposta alla perturbazioe La costate di equilibrio dipede solo da T e quidi è la stessa. c [I] [ ][I ] ( ) 5 (6 )*( ) (4 1 ) 46 1, Seza sigificato fisico Raggiuto l equilibrio, la uova composizioe del sistema è la seguete: = = 4.43 moli I (.14) I = =.43 moli c 5 I = +*1.57 = 3.14 moli 4.43*.43 I Ovviamete o deve essere cambiata

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15 ariazioe di pressioe a T=OST 4 (g) + O(g) O(g) +3 (g) > er reazioi che avvegoo co aumeto del di moli la reazioe è spostata a siistra da u aumeto di O + ½ O O < er reazioi che avvegoo co dimiuzioe del di moli la reazioe è spostata a destra da u aumeto di (g) + I (g) I(g) = er reazioi che avvegoo seza variazioe del di moli la NON NESUUN EFFETTO sull equilibrio

16 Effetto della T sulla eq l R T T 1 Legge di va t off La costate di equilibrio puo variare i modo sostaziale il fuzioe della temperatura c=1 8 a 5 c=4 a 4, N + 3 N 3 c=1-3 a 5, c=1-1 a N + O NO

17 Scelta delle codizioi ottimale di reazioe osideriamo la reazioe idustriale alla base della produzioe di ammoiaca, il processo aber: N (g) + 3 (g) N 3 (g) =-91,8 kj - Temperatura: La reazioe è cieticamete molto leta, per aumetare la velocità di reazioe si può aumetare la temperatura. erò la reazioe è esotermica quidi u aumeto di temperatura provoca uo spostameto dell equilibrio verso i reageti. Si sceglie ua temperatura di compromesso (circa 45 ) e si usa u catalizzatore (es. Fe) - ressioe: = -3-1=- coviee operare a pressioi elevate - ocetrazioi: er spostare la reazioe verso il prodotto si può aumetare la cocetrazioe dei reageti ( N ) o dimiuire la cocetrazioe del prodotto (si raffredda la miscela di reazioe facedo liquefare N 3 che viee sottratta alla reazioe)

18 ariazioe di pressioe a T=OST osideriamo la geerica reazioe i fase gassosa e la sua costate di equilibrio p: Ricordado che la pressioe parziale è collegata alla pressioe totale del sistema i = i > per es. = = L equilibrio o varia co < per es. = - 1 1

19 Il pricipio di Le hâtelier si basa sul fatto che i codizioi isoterme la costate di equilibrio o varia ediamo ora cosa accadde quado viee cambiata la temperatura e G RT e TS RT e RT S R e RT e S R Legge di va t off < l RT costate l Edotermica Esotermica > Se la temperatura viee aumetata si ha - Se > la reazioe si sposta verso destra - Se < la reazioe si sposta verso siistra = 1/T - Se = la reazioe o varia