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Costante di equilibrio

Costante di equilibrio e legge di azione di massa

Per una reazione all'equilibrio del tipo:

reazione all'equilibrio

i norvegesi Cato Guldberg e Peter Waage, notarono che, una volta reggiunto l'equilibrio chimico, esisteva un rapporto costante tra le concentrazioni dei prodotti e quelle dei reagenti, ciascuna delle quali elevate al proprio coefficiente stechiometrico.

Tale relazione di equilibrio, viene viene data sotto la seguente forma:

costante di equilibrio

dove le concentrazioni sono quelle all'equilibrio e Kc è una costante nota come costante di equilibrio. Il suo valore numerico è caratteristico per ogni reazione chimica e dipende solo ed unicamente dalla temperatura A tal proposito si veda: come varia il valore della costante di equilibrio con la temperatura).

Tale relazione è nota come legge di azione di massa o legge di Guldberg-Waage.

Legge di azione di massa

L'enunciato di tale legge è il seguente:

a una data temperatura, in una reazione chimica all'equilibrio, il rapporto tra il prodotto delle concentrazioni dei prodotti elevate al proprio coefficiente stechiometrico e il prodotto delle concentrazioni dei reagenti elevate al proprio coefficiente stechiometrico, è un valore costante.

Quando la reazione avviene in fase gassosa, la costante di equilibrio può essere espressa in termini di pressioni parziali. La costante che si ottiene è detta Kp ed ha la seguente espressione:

Kp

La relazione che esite tra la Kp e la Kc è la seguente:

relazione kc kn

in cui:

R = costante universale dei gas = 0,0821 (l · atm) / (mol · K)
T = temperatura ssoluta
Δn = differenza tra la somma dei coefficienti stechiometrici dei prodotti e la somma dei coefficienti stechiometrici dei reagenti = (c + d) - (a + b)

Se Δn = 0 allora Kp = Kc

E' possibile anche esprimere la costante di equilibrio in termini di numero di moli:

kn

La relazione che esite tra la Kc e la Kn è la seguente:

relazione kc e kn

Se Δn = 0 allora Kc = Kn

A seconda del modo in cui viene scritta l'equazione chimica, il valore della Kc o della Kp assume valori diversi. Per la reazione:

reazione ammoniaca azoto

Kp vale:

kp

Dividendo tutti i coefficienti stechiometrici per due, si ottiene la seguente equazione chimica:

reazione tra azoto e idrogeno

per la quale Kp vale:

kp-2

è facile dimostrare che tra le due costanti esiste la seguente relazione:

kp1-kp2

Nella pratica, il valore della costante di equilibrio può assumere valori molto grandi (Keq >> 1) o anche molto piccoli (Keq << 1).

Se il valore della costante di equilibrio è molto grande (Keq >> 1) significa che la concentrazione dei prodotti è molto maggiore della concentrazione dei reagenti e che l'equlibrio è fortemente spostato a destra (verso i prodotti).

Se il valore della costante di equilibrio è molto piccolo (Keq << 1) significa che la concentrazione dei prodotti è molto minore della concentrazione dei reagenti e che l'equlibrio è fortemente spostato a sinistra (verso i reagenti).

Si tenga conto infine che il valore della Keq non dà alcuna informazione sul tempo con cui verrà raggiunto l'equilibrio e quindi sulla velocità di reazione.

Esercizi sugli equilibri

Li trovi svolti ed online al seguente link: esercizi sugli equilibri.

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