LICEO SCIENTIFICO STATALE “LEONARDO da VINCI” di FIRENZE CORSO SPERIMENTALE F DOCENTE Prof. Enrico Campolmi L’EQUILIBRIO CHIMICO L'equilibrio chimico

REVERSIBILITA’ DELLE REAZIONI CHIMICHE CaCO3→ CaO + CO2 Alta temperatura, recipiente aperto Bassa temperatura, alta pressione CaO + CO2 → CaCO3 CaCO3 ⇆ CaO + CO2 Le due reazioni sono reversibili L'equilibrio chimico

V1=K1[CaCO3] V2=K2[CaO] [CO2] 1) CaCO3→CaO+CO2 2) CaO+CO2→CaCO3 L’EQUILIBRIO CHIMICO Alta temperatura, recipiente chiuso 1) CaCO3→CaO+CO2 2) CaO+CO2→CaCO3 V1=K1[CaCO3] V2=K2[CaO] [CO2] L'equilibrio chimico

La concentrazione del reagente diminuisce nel tempo V1 diminuisce nel tempo La concentrazione dei prodotti cresce nel tempo V2 cresce nel tempo Quando V1=V2 il sistema raggiunge l’equilibrio Equilibrio dinamico: le due reazioni non si fermano, ma continuano ad avvenire assieme alla stessa velocità La concentrazione dei prodotti e dei reagenti rimane costante nel tempo L'equilibrio chimico

A B A B A B Anche mettendo l’acqua iniziale in B, invece che in A, si raggiungerebbe la stessa situazione finale di equilibrio L'equilibrio chimico

LA LEGGE DI AZIONE DELLE MASSE All’equilibrio la velocità della reazione diretta (V1) è uguale a quella della reazione inversa (V2) e la concentrazione di tutte le sostanze presenti resta costante a temperatura costante V1=K1[CaCO3] V2=K2[CaO] [CO2] Se V1=V2 K1[CaCO3] =K2[CaO] [CO2] [CaO] [CO2] [CaCO3] = K1 K2 [CaO] [CO2] [CaCO3] Keq = Keq è la costante di equilibrio della reazione, il cui valore è caratteristico di ogni reazione e dipende unicamente dalla temperatura L'equilibrio chimico

reagenti ⇆ prodotti [CaO] [CO2] Keq [CaCO3] = Keq è indipendente sia dal cammino seguito per raggiungere l’equilibrio, che dalle quantità delle sostanze coinvolte Ad una data temperatura, la Keq di ogni reazione è una proprietà caratteristica della reazione medesima Legge di azione delle masse: è il rapporto tra il prodotto delle concentrazioni molari dei prodotti di reazione ed il prodotto delle concentrazioni molari dei reagenti all’equilibrio, ciascuna concentrazione essendo elevata ad una potenza uguale al coefficiente stechiometrico con cui la specie compare nella reazione reagenti ⇆ prodotti [CaO] [CO2] [CaCO3] Keq = L'equilibrio chimico

Il valore di Keq dice da che parte è spostato l’equilibrio ed indica quindi quanto la reazione è avvenuta L'equilibrio chimico

A + B ⇆ C + D A + B → C + D 2) C + D → A + B V1=K1[A] [B] V2=K2[C] [D] IL PRINCIPIO DELL’EQUILIBRIO MOBILE (O DI LE CHATELIER BRAUN) Ovvero cosa accade intervenendo sul sistema all’equilibrio A + B ⇆ C + D A + B → C + D Reazione diretta 2) C + D → A + B Reazione inversa V1=K1[A] [B] V2=K2[C] [D] A B A B A B Aggiungendo reagenti aumenta la velocità della reazione diretta (1) e l’equilibrio si sposta verso destra Le concentrazioni di tutte le sostanze presenti sono variate, ma il valore della Keq rimane immutato L'equilibrio chimico

A B A B A B Aggiungendo prodotti aumenta la velocità della reazione inversa (2) e l’equilibrio si sposta verso sinistra A B A B A B Eliminando reagenti diminuisce la velocità della reazione diretta (1) e l’equilibrio si sposta verso sinistra Le concentrazioni di tutte le sostanze presenti sono variate, ma il valore della Keq rimane immutato L'equilibrio chimico

A B A B A B Eliminando prodotti diminuisce la velocità della reazione inversa (2) e l’equilibrio si sposta verso destra Con reazioni endotermiche o esotermiche l’equilibrio viene modificato anche fornendo o sottraendo calore; in questo caso però anche il valore di Keq viene variamente modificato N2 + 3H2⇆ 2NH3 + calore Un aumento di temperatura (fornitura di calore) sposta l’equilibrio nel senso della reazione endotermica; una diminuzione di temperatura (sottrazione di calore) lo sposta nel senso della reazione esotermica. L'equilibrio chimico

Quando le sostanze coinvolte nell’equilibrio sono gas, ed il numero delle molecole dei reagenti è diverso da quello dei prodotti, si perturba l’equilibrio anche agendo sulla pressione oppure sul volume . Tutte le sostanze sono gas; a sinistra vi sono 4 molecole, mentre a destra ve ne sono solo 2; andando da sinistra verso destra il numero delle molecole diminuisce N2 + 3H2 ⇆ 2NH3 Aumentando la pressione (o diminuendo il volume), l’equilibrio si sposta verso destra; diminuendo la pressione (o aumentando il volume), l’equilibrio si sposta verso sinistra Principio di Le Chatelier – Braun: un sistema chimico all’equilibro reagisce alle variazioni effettuate su di esso cercando di annullarne gli effetti L'equilibrio chimico