Reazioni dirette e inverse Una reazione si blocca (velocità=0) quando i reagenti si sono completamente trasformati nei prodotti La reazione viene definita irreversibile Quando una reazione non si completa, cioè i reagenti non scompaiono del tutto e rimangono mescolati ai prodotti, La reazione viene definita reversibile

reazione chimica nel verso Reazioni dirette reazione chimica nel verso reagenti prodotti [reagenti] velocità della reazione diretta reazione diretta La velocità di reazione diminuisce al diminuire delle concentrazioni dei reagenti tempo

reagenti prodotti reazione inversa velocità della reazione inversa Reazione chimica nel verso reagenti prodotti reazione inversa [prodotti] velocità della reazione inversa tempo la velocità della reazione inversa aumenta all’aumentare della concentrazione dei prodotti

Equilibrio chimico La velocità della reazione diretta e di quella inversa si uguagliano Concentrazioni specie chimiche [reagenti] [prodotti] tempo

Espressione matematica dell’equilibrio chimico nella reazione all’equilibrio N2 + 3H2 2 NH3 Va= Ka [N2][H2]3 e Vb= Kb [NH3]2 se Va= Vb allora Ka [N2][H2]3=Kb [NH3]2 * Per avere le costanti e le variabili (concentrazioni) separate si divide l’espressione * per Kb [N2][H2]3

Legge dell’azione di massa All’equilibrio il rapporto prodotto delle concentrazioni dei prodotti prodotto delle concentrazioni dei reagenti [NH3]2 Ka Kc = = è una costante (KC) Kb [N2][H2]3

Teoria dell’equilibrio mobile Una reazione si dice all’equilibrio quando le concentrazioni dei reagenti e dei prodotti rimangono costanti nel tempo La velocità della reazione diretta e inversa è la stessa Scompaiono tanti reagenti quanti se ne riformano nello stesso tempo La reazione viene rappresentata con una doppia freccia: REAGENTI PRODOTTI

Perché una reazione non si completa La velocità della reazione diretta diviene a un certo punto uguale a quella della reazione inversa e quindi il sistema chimico reagenti-prodotti non “scivola” completamente verso i soli prodotti perché i prodotti non sono decisamente più stabili dei reagenti La previsione sull’andamento di una reazione, quindi, dipende dalle trasformazioni di energia associate alla trasformazione chimica descritte da grandezze termodinamiche e dal valore del rapporto tra di esse.

Grandezze termodinamiche Energia libera del sistema G Entalpia (energia trasformabile in lavoro) H Entropia (energia “degradata”, disordine) S Temperatura assoluta T In un sistema vengono misurate le variazioni (Δ ) delle grandezze G, H, S come differenza tra il valore finale della grandezza e quello iniziale

Variazione dell’energia libera e spontaneità della reazione Esotermica spontanea Aumento ordine Non spontanea ΔG = ΔH – T • ΔS <0 ΔH <0 ΔS >0 >0 Reazione spontanea Endotermica Non spontanea ΔG <0 Diminuzione ordine spontanea >0 Reazione non spontanea

Le reazioni reversibili Una reazione è reversibile quando il valore dell’equazione ΔG = ΔH – T • ΔS è uguale a 0 - Sono reazioni reversibili quelle che hanno un fattore di spontaneità (s) e un fattore di non spontaneità (n-s) ΔH - ΔS - ΔH + ΔS + Endotermiche (n-s) Diminuzione ordine (s) Esotermiche (s) Aumento ordine (n-s)

ΔS 1 2 Il valore di ΔS è positivo quando si passa da gas liquido (soluzione) Solido Numero molecole prodotti (n prodotti) maggiore 2 Numero molecole reagenti (n reagenti) minore PCl5 PCl3 + Cl2 n reagenti=1 n prodotti=2

Spostamento dell’equilibrio verso destra (prodotti) diminuisce aumenta avviene se concentrazione reagenti prodotti Temperatura (ΔH-) esotermica (ΔH+) endotermica N2+3H2 Pressione (gas) PCl5 n prodotti < n reagenti n prodotti > n reagenti PCl3 + Cl2 2NH3

Spostamento dell’equilibrio verso sinistra (reagenti) diminuisce aumenta avviene se concentrazione prodotti reagenti Temperatura (ΔH-) esotermica (ΔH+) endotermica N2+3H2 Pressione (gas) PCl5 n prodotti > n reagenti n prodotti < n reagenti PCl3 + Cl2 2NH3