Lequilibrio chimico Chimica e laboratorio. Novembre 2006 Prof.ssa Silvia Recchia2 Come facciamo a stabilire quando e se una reazione è terminata? Ipotesi:

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1 Lequilibrio chimico Chimica e laboratorio

2 Novembre 2006 Prof.ssa Silvia Recchia2 Come facciamo a stabilire quando e se una reazione è terminata? Ipotesi: Quando la velocità di reazione è costante… Quando i reagenti sono finiti… Quando tutti i reagenti si sono trasformati in prodotti… …

3 Novembre 2006 Prof.ssa Silvia Recchia3 Se sperimentalmente misuriamo che la velocità di reazione è diventata costante, ovvero che la reazione è terminata, come facciamo ad essere certi che tutti i reagenti si sono consumati?

4 Novembre 2006 Prof.ssa Silvia Recchia4 Se una reazione è reversibile, al suo termine i reagenti non sono del tutto consumati …e se troviamo ancora dei reagenti? Come mai i reagenti non si sono completamente consumati? Le reazioni chimiche possono essere irreversibili (quando i reagenti si trasformano completamente nei prodotti senza alcuna possibilità di ritorno) si dicono COMPLETE reversibili (quando coesistono due reazioni che trasformano i reagenti in prodotti ed i prodotti in reagenti) si dicono INCOMPLETE

5 Novembre 2006 Prof.ssa Silvia Recchia5 Reazioni reversibili 2 NO 2 (g) N 2 O 4 (g) MARRONE SCURO INCOLORE ACQUA E GHIACCIO ACQUA CALDA simulazione

6 Novembre 2006 Prof.ssa Silvia Recchia6 Reazione diretta –trasforma i reagenti in prodotti RPRP –La velocità è espressa come v dir = k d [R] Reazione inversa –Trasforma i prodotti in reagenti PRPR –La velocità è espressa come v inv = k i [P] Le reazioni diretta e inversa animazione

7 Novembre 2006 Prof.ssa Silvia Recchia7 La condizione di equilibrio Durante la reazione la velocità di formazione dei prodotti (diretta) diminuisce, mentre quella di formazione dei reagenti dai prodotti (inversa) aumenta …fino a quando? fino a che le due velocità si eguagliano ovvero quando v dir = v inv In queste condizioni la reazione si dice allequilibrio

8 Novembre 2006 Prof.ssa Silvia Recchia8 La condizione di equilibrio

9 Novembre 2006 Prof.ssa Silvia Recchia9 La dinamicità dellequilibrio Allequilibrio le concentrazioni di reagenti e prodotti rimangono costanti Non perché non avvengono più reazioni, ma perché avvengono continue trasformazioni di reagenti in prodotti e viceversa con la stessa velocità. Cioè si consumano tante molecole di reagente quante se ne formano dai prodotti. Quindi la condizione di equilibrio non è statica, ma è dinamica, anche se a livello macroscopico non ce ne accorgiamo.

10 Novembre 2006 Prof.ssa Silvia Recchia10 Allequilibrio le concentrazioni di NO 2 e N 2 O 4 rimangono costanti 2 NO 2 (g) N 2 O 4 (g) MARRONE SCURO INCOLORE 2 NO 2 (g) N 2 O 4 (g) MARRONE SCURO INCOLORE EQUILIBRIO REAZIONE DIRETTA (consumo di NO 2 ) N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) MARRONE SCURO INCOLORE REAZIONE INVERSA (formazione di N 2 O 4 ) ZONA CINETICAZONA DEQUILIBRIO

11 Novembre 2006 Prof.ssa Silvia Recchia11 La costante di equilibrio Allequilibrio si ha che v dir = v inv k d [R] = k i [P] k d / k i = [P] /[R] K e = k d / k i K e = [P] /[R]

12 Novembre 2006 Prof.ssa Silvia Recchia12 La costante di equilibrio

13 Novembre 2006 Prof.ssa Silvia Recchia13 La legge dellazione di massa Per una generica reazione a A + b B c C + d D La costante di equilibrio è Tra parentesi ci sono le concentrazioni molari (mol/l) allequilibrio Per i gas si utilizzano le pressioni parziali K c K P

14 Novembre 2006 Prof.ssa Silvia Recchia14 Il calcolo della costante temperatura costante La K e di una reazione è costante a temperatura costante, indipendentemente dalle concentrazioni dei componenti del sistema iniziale Possiamo partire da concentrazioni iniziali diverse, ma allequilibrio il rapporto è sempre quello espresso dalla costante di equilibrio (ad una data temperatura)

15 Novembre 2006 Prof.ssa Silvia Recchia15 Alla fine… è sempre K e Lequilibrio non dipende dalle concentrazioni iniziali Non dipende neppure da che parte viene raggiunto: si può partire indistintamente dai soli reagenti ([P] = 0) o dai soli prodotti ([R] = 0), comunque per una data temperatura si raggiungeranno le medesime concentrazioni allequilibrio il cui rapporto è espresso dalla K e

16 Novembre 2006 Prof.ssa Silvia Recchia16 Il significato della K e Una reazione è tanto più spostata a destra (prevalgono i prodotti) quanto più elevato è il valore della sua K e K e >>1 la reazione è completa (tutti i reagenti si sono consumati) Una reazione è tanto più spostata a sinistra (prevalgono i reagenti) quanto più basso è il valore della sua K e K e <<1 la reazione non avviene (non si sono formati prodotti)

17 Novembre 2006 Prof.ssa Silvia Recchia17 Equilibri eterogenei eterogeneo Quando nella reazione partecipano specie con differenti stati di aggregazione lequilibrio si dice eterogeneo non compaiono le concentrazioni o pressioni delle fasi condensate In tal caso nellespressione della K e non compaiono le concentrazioni o pressioni delle fasi condensate (solidi o liquidi puri)

18 Novembre 2006 Prof.ssa Silvia Recchia18 Equilibri eterogenei