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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 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. 4
2. L equilibrio chimico: anche i prodotti reagiscono 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. 6
3. L equilibrio chimico: anche i prodotti reagiscono Data la generica reazione aa + bb cc + dd Il valore di questo rapporto prende il nome di costante di equilibrio (K eq ) ed è espressa dalla relazione: 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. 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. 9
3. L equilibrio chimico: anche i prodotti reagiscono Se K eq > 1 la reazione è spostata verso i prodotti. Se K eq = 1 la reazione è all equilibrio. Se K eq < 1 la reazione è spostata verso i reagenti. 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 K p. aa (g) + bb (g) cc (g) + dd (g) 11
3. L equilibrio chimico: anche i prodotti reagiscono Il valore della costante di equilibrio K eq varia con la temperatura; per ogni valore di temperatura esistono all equilibrio un diverso valore valore di K eq e diverse concentrazioni di reagenti e prodotti. 12
3. L equilibrio chimico: anche i prodotti reagiscono 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. 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 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. 16
4. Il principio di Le Châtelier 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, K eq ) rimane invariato, purché la temperatura rimanga costante prima e dopo l aggiunta. 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. 19
4. Il principio di Le Châtelier 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. 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. 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. 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 (K ps ). 24
5. L equilibrio di solubilità K ps è tanto più piccolo quanto meno solubile è una sostanza. In soluzione si ha formazione di un precipitato quando il prodotto delle concentrazioni ioniche relative a una sostanza è maggiore del suo K ps. 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. 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). 27