La costante di equilibrio

La legge dell'azione di massa introduce la costante di equilibrio per mettere in relazione le concentrazioni di equilibrio dei reagenti e dei prodotti. Per un'equazione chimica bilanciata in cui A e B sono reagenti, C e D sono prodotti e a, b, c e d minuscole sono i loro rispettivi coefficienti stechiometrici, l'espressione della costante di equilibrio è data dalle concentrazioni molari dei prodotti, diviso le concentrazioni molari dei reagenti, tutto elevato ai loro coefficienti stechiometrici. La costante di equilibrio è spesso espressa con il simbolo K o Kc, dove il pedice c indica la costante di equilibrio rispetto alla concentrazione molare.

Essendo un rapporto di concentrazioni molari, la costante di equilibrio è senza unità. Una grande costante di equilibrio alquanto maggiore di 1 significa che il numeratore, cioè la concentrazione dei prodotti, è maggiore del denominatore, la concentrazione dei reagenti. Ciò indica che l'equilibrio è verso i prodotti e favorisce la reazione in avanti.

Al contrario, una piccola costante di equilibrio alquanto inferiore a 1 significa che il denominatore è maggiore del numeratore. Questo significa che l'equilibrio è verso i reagenti e favorisce la reazione inversa. Per una costante di equilibrio di grandezza uguale o prossima a 1, le concentrazioni relative dei reagenti e dei prodotti sono quasi le stesse.

Ciò indica che né la reazione, né in avanti né all'indietro, è favorita. Le modifiche all'equazione chimica cambiano anche la costante di equilibrio. Se una reazione chimica con una costante di equilibrio x è invertita, l'espressione della costante di equilibrio per la reazione inversa è il reciproco della reazione diretta.

Quindi, la nuova costante di equilibrio sarebbe 1 su x. Se i coefficienti vengono moltiplicati per un altro fattore, n, la costante di equilibrio viene aumentata allo stesso fattore. La nuova costante di equilibrio sarebbe ora x elevata alla potenza di n.

Quando due o più reazioni individuali vengono sommate, la costante di equilibrio per la reazione complessiva è il prodotto delle singole costanti di equilibrio. Quindi, la nuova costante di equilibrio sarebbe y moltiplicata z. Per un equilibrio eterogeneo, l'espressione della costante di equilibrio esclude entità puramente solide o liquide.

Per esempio, l'espressione costante di equilibrio per la decomposizione del nitrato di ammonio solido in protossido di azoto gassoso e vapore acqueo, esclude il nitrato di ammonio un solido puro. Questo perché la concentrazione molare relativa di un solido o liquido puro rimane costante durante la reazione.