AnalisiQualitativa_Orioli(cap2)1 VELOCITA DI REAZIONE ED EQUILIBRI.

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1 analisiQualitativa_Orioli(cap2)1 VELOCITA DI REAZIONE ED EQUILIBRI

2 analisiQualitativa_Orioli(cap2)2 Velocita di una reazione: NUMERO DI EVENTI CHIMICI CHE AVVENGONO IN UN DETERMINATO PERIODO DI TEMPO QUESTI EVENTI POSSONO ESSERE INDICATI DAL CONSUMO DI REATTIVI O DALLA FORMAZIONE DI PRODOTTI REAZIONE A + B C + D t = 0 sono presenti solo A e B t = x A e B si consumano e contemporaneamente si avra la formazione di C e D

3 analisiQualitativa_Orioli(cap2)3 La velocita di reazione dipende da: natura dei reagenti (tendenza a formare legami; es: Na, Fe) capacità dei reagenti di incontrarsi (meglio in soluzione o fase gas) concentrazione dei reagenti temperatura catalizzatori e inibitoriSolitamente: - La velocita aumenta allaumentare della temperatura - Catalizzatori Es : 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 2 SO 3 (g) NO(g)

4 analisiQualitativa_Orioli(cap2)4 concentrazione tempo t1t1 t2t2 C A A1A1 C2C2 A2A2 C1C1 A C Velocita di reazione (r) = t A 2 – A 1 / t 2 – t 1 = - A / t = - B / t quantita di reagente A o B consumata nellunita di tempo t t C 2 – C 1 / t 2 – t 1 = + C / t = + D / t quantita di prodotto C o D formatasi nellunita di tempo t Misuriamo la velocità di reazione Mol/lt

5 analisiQualitativa_Orioli(cap2)5 LEQUILIBRIO CHIMICO La concentrazione del prodotto C aumenta gradualmente fino ad un valore limite oltre il quale si mantiene costante; lo stesso si puo osservare per il reattivo A LA VELOCITA CON CUI I PRODOTTI C e D SI FORMANO DA A e B E UGUALE ALLA VELOCITA DELLA REAZIONE OPPOSTA (formazione di A e B da C e D) A + B C + D C + D A + B UNA REAZIONE CHIMICA CHE SODDISFA TALE CONDIZIONE E ALLEQUILIBRIO (concentrazioni costanti processo dinamico) r r r = r concentrazione tempo C A

6 analisiQualitativa_Orioli(cap2)6 LA COSTANTE DI EQUILIBRIO La condizione di equilibrio e indicata da due frecce opposte: aA + bB cC + dD (a,b,c,d sono i coefficienti stechiometrici) Un sistema allequilibrio e caratterizzato da una costante di equilibrio K eq = ([C] c x [D] d ) / ([A] a x [B] b ) reazioni differenti hanno K eq diverse e caratteristiche ad un determinato valore di temperatura, il valore numerico della K eq e definito ed indipendente rispetto alle concentrazioni originali dei reagenti Espressione dellazione di massa

7 analisiQualitativa_Orioli(cap2)7 Dimostriamolo.. H 2(g) + I 2(g) 2HI (g) stessa temperatura diverse quantità di reagenti e prodotti 1 mol H 2 1 mol I 2 0 mol HI 0.222 mol H 2 0.222 mol I 2 1.56 mol HI 0 mol H 2 0.1 mol I 2 3.5 mol HI 0.350 mol H 2 0.450 mol I 2 2.80 mol HI 0.015 mol H 2 0 mol I 2 1.27 mol HI 0.150 mol H 2 0.135 mol I 2 1.00 mol HI 0 mol H 2 0 mol I 2 4.0 mol HI 0.442 mol H 2 0.442 mol I 2 3.11 mol HI ([C] c x [D] d ) / ([A] a x [B] b ) Kc = ([C] c x [D] d ) / ([A] a x [B] b ) in ogni esperimento = 49 Lasciamo raggiungere lequilibrio..

8 analisiQualitativa_Orioli(cap2)8 2H 2(g) + O 2(g) 2H 2 O (g) PCl 5 (g) PCl 3(g) + Cl 2(g) 3H 2 (g) + N 2 (g) 2NH 3 (g) K = ([H 2 O] 2 ) / ([H 2 ] 2 x [O 2 ]) K = ([PCl 3 ] x [Cl 2 ] ) / ([PCl 5 ]) K = ([NH 3 ] 2 ) / ([H 2 ] 3 x [N 2 ]) Cosa indicano i valori di K eq ?

9 analisiQualitativa_Orioli(cap2)9 Più grande è il valore di K, tanto più la reazione procederà verso il completamento, quando avrà raggiunto lequilibrio 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O(g) K eq = 9.1x10 80 a 25°C K eq = [H 2 O] 2 / [O 2 ] [H 2 ] 2 = 9.1x10 80 / 1 Il numeratore è >>>> del denominatore, cioè allequilibrio, la maggior parte degli atomi di idrogeno ed ossigeno si trova nellacqua allo stato di combinazione; molto pochi sono presenti come H 2 e O 2.

10 analisiQualitativa_Orioli(cap2)10 Costante di ionizzazione Elettrolita forte: è presente in soluzione quasi esclusivamente come ione. Una soluzione di un forte elettrolita è un buon conduttore di elettricità Tutti i composti ionici che si sciolgono in H 2 O sono ELETTROLITI FORTI: NaCl Na + + Cl - NaCl sciolto in acqua sarà esclusivamente presente in forma ionica (non troveremo molecole di NaCl) Elettrolita: qualsiasi soluto che sciogliendosi in acqua forma una soluzione che contiene ioni, che quindi conduce la corrente elettrica Non elettrolita: soluto che in soluzione rimane indissociato

11 analisiQualitativa_Orioli(cap2)11 Alcuni composti covalenti si sciolgono in H 2 O dando una soluzione di elettroliti forti: HCl + H 2 O H 3 O + + Cl - Ad esempio, lHCl gassoso, composto covalente, in H 2 O si trova esclusivamente in forma dissociata Non elettrolita: sostanza presente in soluzione quasi esclusivamente come molecola. Una soluzione di un non elettrolita non conduce elettricità (etanolo, CH 3 CH 2 OH). Elettrolita debole: sostanza presente in soluzione solo parzialmente in forma dissociata. Una soluzione di elettrolita debole è un povero conduttore di elettricità (H 2 S, NH 3, CH 3 COOH).

12 analisiQualitativa_Orioli(cap2)12 In soluzione acquosa, lacido acetico (elettrolita debole) sarà principalmente presente come molecola e solo una frazione in forma dissociata: CH 3 COOH + H 2 O CH 3 COO - + H 3 O + Da un punto di vista generale: con poche eccezioni, i composto ionici sono elettroliti FORTI pochi composti molecolari (es. HCl, HNO 3, H 2 SO 4 ) sono elettroliti forti la maggior parte dei composti molecolari sono elettroliti deboli o non elettroliti la maggior parte dei composti organici sono NON elettroliti: acidi carbossilici e ammine sono elettoliti deboli

13 analisiQualitativa_Orioli(cap2)13 Ionizzazione dellacqua H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH - EQUILIBRIO K = [H 3 O + ] [OH - ] / [H 2 O] 2 = 1.8 X 10 -16 (a 25°C) [H 2 O] (mol/L) d = 1 g/ml 1 L = 1000g K = 1.8 x 10 -16 x 55.5 = [H 3 O + ] [OH - ] = 1 x 10 -14 Prodotto ionico dellacqua (Kw) Elettrolita debole mol = 1000 g / 18 g mol -1 = 55.5 moli [H 2 O] = 55M PM(H 2 O)

14 analisiQualitativa_Orioli(cap2)14 [H 3 O + ] = [OH - ] = x x 2 = 1 x 10 -14 [H 3 O + ] = [OH - ] = 1 x 10 -7 Lacqua è un conduttore debole Vs [H 2 O] = 55M La ionizzazione dellacqua praticamente non influisce sulla concentrazione molare [H 2 O] [H 2 O] costante

15 analisiQualitativa_Orioli(cap2)15 Consideriamo un elettrolita debole come lacido acetico. Disciolto in H 2 O, andrà incontro ad una parziale reazione di dissociazione che raggiungerà il seguente equilibrio: CH 3 COOH + H 2 O CH 3 COO - + H 3 O + Costante di ionizzazione degli acidi e delle basi Essendo il sistema allequilibrio, possiamo considerare la seguente equazione: K = [CH 3 COO - ] [H 3 O + ] [CH 3 COOH] [H 2 O]

16 analisiQualitativa_Orioli(cap2)16 Considerando la concentrazione dellacqua costante [H 2 O] [CH 3 COO - ] [H 3 O + ] [H 2 O] [H 2 O] [CH 3 COOH] [H 2 O] [H 2 O] K [H 2 O] == nuova costante [H 2 O] Ka = K [H 2 O] = costante di dissociazione dellacido = 1.8 x 10 -5 (25°C)

17 analisiQualitativa_Orioli(cap2)17 In generale, Per gli ELETTROLITI DEBOLI HA + H 2 O A - + H 3 O + K a = [A - ][H 3 O + ] / [HA] (Con Ka a valori bassi) Ka ci permette di confrontare le forze relative degli acidi Es: Ka (HF) = 6.8 x 10 -4 ; Ka (H 2 CO 3 ) = 4.5 x 10 -7 Qual è il più forte??

18 analisiQualitativa_Orioli(cap2)18 Costante di ionizzazione delle basi NaOH Na + + OH - dissociazione in acqua praticamente completa NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH - BASE DEBOLE costante di IONIZZAZIONE basica Per confrontare la loro forza costante di IONIZZAZIONE basica B + H 2 O BH + + OH - Kb = [BH + ][OH - ] [B] Acido coniugato Kb (NH 3 ) = 1.8 x 10 -5 Kb (CN - ) = 1.6 x 10 -5

19 analisiQualitativa_Orioli(cap2)19 IL PRINCIPIO DI LE CHATELIER Consideriamo il seguente sistema allequilibrio: 3H 2(g) + N 2(g) 2NH 3(g) concentrazioni tempo H2H2H2H2 NH 3 N2N2N2N2 t1t1 equilibrio t2t2 Aggiunto H 2 Sottrata NH 3 Kc