Chimica generale ed inorganica per Scienze Biologiche (corso A) A.A. 2017-18 L EQUILIBRIO CHIMICO Prof.ssa Elena Ghibaudi Dip. Chimica Via Giuria 7 Torino E-mail: elena.ghibaudi@unito.it
L equilibrio chimico (1) Un sistema chimico reattivo è un sistema dinamico. Se lasciato libero di reagire,esso evolve spontaneamente verso una condizione di equilibrio che NON è una condizione statica. Costante di equilibrio = legge di azione di massa 2
Costante di equilibrio L equilibrio chimico (2) La condizione di equilibrio è simboleggiata dalla doppia freccia concentrazioni molari! N.B. queste sono concentrazioni all equilibrio, non concentrazioni iniziali! La costante di equilibrio è, in senso lato, un indice della spontaneità della reazione! Quanto maggiore è il suo valore ad una data T, tanto più spontanea è la trasformazione chimica nella direzione nella quale è stata scritta. 3
L equilibrio chimico (3) K >1 significa che il numeratore del quoziente di reazione è maggiore del denominatore. L equilibrio del sistema è spostato verso i prodotti. 4
L equilibrio chimico (4) K <1 significa che il numeratore del quoziente di reazione è minore del denominatore. L equilibrio del sistema è spostato verso i reagenti. 5
L equilibrio chimico (5) IMPORTANTE! Solo all equilibrio Q K L espressione di Q è formalmente identica a K, ma le concentrazioni di reagenti e prodotti NON sono quelle del sistema all equilibrio 6
L equilibrio chimico (6) Qualunque siano le concentrazioni di partenza, il quoziente di reazione nel sistema all equilibrio è PARI alla costante di equilibrio Qualunque siano le condizioni di partenza, il sistema tende sempre ad evolvere verso lo stato energeticamente più stabile, cioè verso l equilibrio. 7
L equilibrio chimico (7) 8
Il principio di Le Chatelier (1) Nel sistema posso variare: 1 - le concentrazioni delle specie chimiche 2 - la pressione (sist. gassoso) 3 - il volume (sist. gassoso) 4 - la temperatura Il principio di le Chatelier è un principio empirico: la sua giustificazione si trova nella legge di azione di massa, cioè nella espressione della costante di equilibrio del sistema reattivo. 9
Il principio di Le Chatelier (2) Se aggiungo molecole di reagente l equilibrio si sposta verso i prodotti così da mantenere costante il rapporto delle concentrazioni 10
Il principio di Le Chatelier (3) Se aggiungo molecole di prodotto l equilibrio si sposta verso i reagenti così da mantenere costante il rapporto delle concentrazioni 11
Il principio di Le Chatelier (4) ATTENZIONE! In un sistema gassoso, variare la Pressione o il Volume equivale a variare la concentrazione delle specie chimiche. 12
Il principio di Le Chatelier (5) Effetto delle variazioni di volume Ovviamente, questo vale solo per sistemi comprimibili, ovvero aventi almeno una fase gassosa. Non vale per sistemi solidi o liquidi! 13
Il principio di Le Chatelier (6) La domanda da farsi per prevedere il comportamento del sistema: la reazione sviluppa calore o assorbe Elena Ghibaudi calore? - Dip. Chimica - 14
Il principio di Le Chatelier (7) Considero il calore emesso in una reazione esotermica come se fosse un prodotto e il calore assorbito in una reazione endotermica come se fosse un reagente. Ne segue che, se scaldo il sistema reattivo, accadrà che: Il sistema emette calore: la reazione è esotermica Il sistema assorbe calore: la reazione è endotermica 15
Il principio di Le Chatelier (8) ATTENZIONE! Mentre P, V e conc. variano solo la posizione dell equilibrio ma NON il valore di K, la T varia anche il valore di K perché una costante termodinamica dipende dalla temperatura!! Riassumendo. aumento 16
Un esempio di processo all equilibrio in vivo Hb fetale + O 2 Hb fetale -O 2 Hb materna + O 2 Hb materna -O 2 17
Il mondo vivente si mantiene LONTANO dall equilibrio! I sistemi viventi sono sistemi NON in equilibrio termodinamico con l ambiente! Questo stato di non-equilibrio è uno stato stazionario che chiamiamo omeostasi. Mantenersi in tale stato costa energia! Ci deve essere un flusso di materia e di energia in entrata e in uscita, tale da mantenere costante lo stato del sistema. L energia serve ad evitare che il sistema scivoli spontaneamente verso l equilibrio, che per un vivente significa la morte. L energia viene procurata attraverso il cibo (organismi eterotrofi) o la luce (organismi autotrofi). 18