L`equilibrio chimico

L’EQUILIBRIO CHIMICO
Moltissime reazioni chimiche sono reversibili. I reagenti, quindi, si trasformano nei prodotti e
viceversa:
A + B ↔ C + D
Nel momento in cui, in una reazione reversibile, la velocità della trasformazione dei reagenti nei
prodotti uguaglia la velocità della trasformazione dei prodotti nei reagenti, si stabilisce un equilibrio
chimico (sempre dinamico) caratterizzato dal fatto che non si verifica più variazione nelle
concentrazioni delle varie sostanze chimiche (se la temperatura resta costante).
Tutto ciò si può esprimere nel modo seguente:
v1 = velocità della reazione diretta
v2 = velocità della reazione inversa
k1 = costante della velocità della reazione diretta
k2 = costante della velocità della reazione inversa
(la costante k è influenzata dal tipo di sostanze chimiche e dalla temperatura)
v1 = k1 [A] [B]
v2 = k2 [C] [D]
perciò, all’equilibrio, poiché v1 = v2:
k1 [A] [B] = k2 [C] [D]
k1
k2
=
[C] [D]
[A] [B]
il rapporto tra le due costanti è uguale ad una nuova costante che chiameremo Keq (costante di
equilibrio), per cui:
𝐊𝐞𝐪 =
[𝐂] [𝐃]
[𝐀] [𝐁]
e cioè la costante di equilibrio di una reazione chimica è uguale al prodotto delle concentrazioni
molari dei prodotti diviso il prodotto delle concentrazioni molari dei reagenti (Legge di Guldberg –
Waage).
Il principio di Le Châtelier
Quando in una reazione chimica all’equilibrio si modificano le condizioni del sistema
(concentrazione di una sostanza, temperatura, pressione – nel caso di equilibri tra sostanze
gassose), la reazione si sposta verso la formazione dei reagenti o dei prodotti fino a che non viene
raggiunto un nuovo equilibrio.
In che modo l’equilibrio di una reazione chimica è influenzato dalle variazioni di concentrazione dei
reagenti e dei prodotti e dalla variazione di temperatura?
Variazioni di concentrazione
Il cloruro di cobalto esaidrato – CoCl2 ∙ 6 H2O – reagisce con l’acido cloridrico concentrato – HCl – nel
modo seguente:
CoCl2 ∙ 6 H2O + 2 HCl → CoCl42- + 2 H+ + 6 H2O
formando lo ione CoCl42- che colora la soluzione in blu.
Aggiungendo alcune gocce di H2O distillata, osserveremo una variazione di colore dal blu al rosa a
causa della seguente reazione:
CoCl42- + 6 H2O → [Co(H2O)6]2+ + 4 Clla formazione dello ione [Co(H2O)6]2+ è responsabile del cambiamento di colore.
Se si aggiunge di nuovo, alternativamente, acido cloridrico e acqua, vedremo l’equilibrio della
reazione spostarsi verso la formazione dei due ioni responsabili delle due caratteristiche colorazioni:
CoCl42- ↔ [Co(H2O)6]2+
(blu ↔ rosa)
Variazioni di temperatura
Se immergiamo la provetta con la soluzione blu in acqua fredda, osserveremo un cambiamento della
colorazione: la soluzione diventerà rosa. Immergendo la provetta con la soluzione rosa in acqua
calda, potremo vedere il colore cambiare in blu.
Come interpretare lo strano fenomeno?
La reazione
CoCl42- → [Co(H2O)6]2+
avviene mediante liberazione di calore (si definisce “esotermica”). Raffreddando l’ambiente, il
sistema (vale a dire le sostanze che reagiscono) reagirà alla sottrazione di calore producendo altro
calore (per il principio di Le Châtelier) e pertanto l’equilibrio della reazione si sposta verso la
formazione dello ione [Co(H2O)6]2+.
La reazione opposta
CoCl42- ← [Co(H2O)6]2+
avviene invece mediante assorbimento di calore (si definisce “endotermica”). Riscaldando
l’ambiente, il sistema reagirà all’aumento di calore assorbendone una parte e spostando l’equilibrio
della reazione verso la formazione dello ione CoCl 42-.