13. L’Equilibrio Chimico• Equilibrio e composizione

- la reversibilità delle reazioni chimiche

- la costante di equilibrio

- gli equilibri eterogenei

- gli equilibri in fase gas• L’applicazione delle costanti di equilibrio

- il grado di avanzamento della reazione

- il verso di svolgimento della reazione• Risposta dell’equilibrio al cambiamento delle condizioni

- aggiunta e sottrazione di reagenti

- la compressione della miscela di reazione

- temperatura ed equilibrio

- i catalizzatori

Equilibrio e ComposizioneFritz Haber: fissaggio dell’azoto molecolare N N HB = +944 kJ∙mol-1

)g(NH2)g(H3)g(N 322

HB(N – H) = +388 kJ∙mol-1

)g(NH2)g(H3)g(N 322

)g(H3)g(N 22 )g(NH2 3

LE REAZIONI CHIMICHE RAGGIUNGONO UNO STATO DI EQUILIBRIO NEL QUALE LE VELOCITÀ DELLE REAZIONI DIRETTA E INVERSA SI EGUAGLIANO E NON SI VERIFICA ALCUN CAMBIAMENTO NETTO DELLA COMPOSIZIONE

0.0413Media

0.04090.4101.981.44

0.04080.1800.8800.950

0.04230.007500.1100.110

0.04090.003600.2200.0380

0.04150.08400.3900.660

KC[SO3] /mol∙L-1[O2] /mol∙L-1[SO2] /mol∙L-1

La Costante di Equilibrio

]O[]SO[

]SO[

2

2

2

2

3

]O[]SO[

]SO[

2

2

2

2

3C K

CONCENTRAZIONIMOLARI

[X] LEGGE DELL’AZIONE DI MASSA:esprime la composizione di equilibrio diuna reazione.

aA + bB cC + dD ba

dc

C ]B[]A[]D[]C[

K

2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)

LA COSTANTE DI EQUILIBRIO È CARATTERISTICA DI OGNI REAZIONE E IL SUO VALORE PUÒ ESSERE CAMBIATO SOLTANTO VARIANDO LA TEMPERATURA A CUI AVVIENE LA REAZIONE.

T = 1000 K

La Costante di Equilibrio

2P(g) + 3Cl2 (g) 2PCl3(g)

PCl3(g) + Cl2 (g) PCl5(g)

2P(g) + 5Cl2 (g) 2PCl5(g)

3

2

2

2

3'

C ][Cl[P]

][PClK

]][Cl[PCl

][PCl

23

5"

C K

5

2

2

2

5C ]Cl[]P[

]PCl[K

2P(g) + 3Cl2 (g) 2PCl3(g)PCl3(g) + Cl2 (g) PCl5(g)PCl3(g) + Cl2 (g) PCl5(g)

2P(g) + 5Cl2 (g) 2PCl5(g)

"

C

"

C

'

C

23

5

23

5

3

2

2

2

3

5

2

2

2

5C ]Cl][PCl[

]PCl[

]Cl][PCl[

]PCl[

]Cl[]P[

]PCl[

]Cl[]P[

]PCl[KKKK

Gli Equilibri Eterogenei e in Fase GasDef. Definiamo EQUILIBRI OMOGENEI gli equilibri che vedono reagenti e prodotti tutti nella stessa fase.Def. Definiamo EQUILIBRI ETEROGENEI gli equilibri in cui reagenti e prodotti si trovano in fasi diverse.

Ca(OH)2 (s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq)][Ca(OH)]][OH[Ca

2

22'

C

K

COSTANTE22

C ]][OH[Ca K

Ni(s) + 4CO(g) Ni(CO)4(g) 4

4C [CO]

][Ni(CO)K

RTRTV

nP [CO]CO

CO RTRTV

nP ][Ni(CO)4

4Ni(CO)

4Ni(CO)

4

CO

4Ni(CO)

P P

PK

41

C44

4P )(

)([CO]

][Ni(CO)

RTK

RT

RTK

n è la differenza tra il numero di moliin fase gassosa (prodotti – reagenti)

nRTKK )(CP

Il Grado di Avanzamento delle ReazioniaA + bB cC + dD ba

dc

C ]B[]A[]D[]C[

K

N2(g) + O2 (g) 2NO (g)

H2(g) + I2 (g) 2HI(g)

H2(g) + Cl2 (g) 2HCl(g)

T = 298 KKC = 4.8x10-31

T = 783 KKC = 46

T = 300 KKC = 4x1031

•KC > 103

•10-3 < KC < 103

•KC <10-3

Il Verso di Svolgimento della Reazione

aA + bB cC + dD ba

dc

[B][A][D][C]

Q

Q = QUOZIENTEDI REAZIONE

La Tabella dell’EquilibrioPCl3(g) + Cl2 (g)PCl5(g) ][PCl

]][Cl[PCl

5

23C K

Questi valori individuano la somma delle concentrazioni iniziali, 1° tempo, e le variazioni di concentrazione causate dalla reazione, 2° tempo.

+x+x3.00 - x3° Tempo. Concentrazione molare di equilibrio.

La stechiometria della reazione implica che se la concentrazione di PCl5 diminuisce di x, quelle di PCl3 e Cl2 aumentano di x.

+x+x-x2° Tempo. Variazione della concentrazione molare.

003.001° Tempo. Concentrazione molare iniziale.

Cl2PCl3PCl5

Specie

x.xx

K

003][PCl

]][Cl[PCl

5

23C

SE DOVETE RISOLVERE UN’EQUAZIONEDI SECONDO GRADO

aacbb

x

cbxax

24

02

2

Il Cambiamento delle Condizioni:Aggiunta e Sottrazione di Reagenti

PRINCIPIO DI LE CHATELIER: SOLLECITANDO UN SISTEMA IN EQUILIBRIO DINAMICO, L’EQUILIBRIO TENDE A MODIFICARSI RENDENDO MINIMO L’EFFETTO DELLA SOLLECITAZIONE.

aA + bB cC + dD

Il Cambiamento delle Condizioni: La Compressione della Miscela di Reazione

LA COMPRESSIONE DI UNA MISCELA DI REAZIONE IN EQUILIBRIO PROMUOVE LA REAZIONE CHE DIMINUISCE IL NUMERO DELLE MOLI DI SOSTANZA IN FASE GASSOSA.

2

3

2H2N

2

3NH

33

2H2N

22

3NH

3

22

2

3C ]][H[N

][NHV

nn

n

V/nV/n

V/nK

)g(H3)g(N 22 )g(NH2 3

Vn

n

V/n

V/nK

1]O[N

][NO

4O2N

2

2NO

4O2N

22

2NO

42

2

2C

N2O4(g) NO2(g)

Temperatura ed equilibrioE

nta

lpia

→

Reagenti Prodotti

Temperaturasuperiore

Temperaturainferiore E

nta

lpia

→

Reagenti Prodotti

Temperaturasuperiore

Temperaturainferiore

Def. Definiamo CATALIZZATORE una sostanza che accelera le reazioni chimiche senza venirne consumato.

)g(H3)g(N 22 )g(NH2 3

Processo di Haber