14.3
Principio di Le Chatelier: cambiare la concentrazione
Un sistema all’equilibrio è in uno stato di equilibrio dinamico, con reazioni dirette e inverse che avvengono a velocità uguali. Se un sistema in equi…
Un sistema è in equilibrio dinamico quando la velocità della reazione diretta è uguale alla velocità della reazione inversa. Sebbene la reazione proceda ancora in entrambe le direzioni, le concentrazioni nette di reagenti e prodotti rimangono costanti. A questo punto, se si modifica la concentrazione di un reagente o di un prodotto, per esempio aggiungendo un'ulteriore molecola A o rimuovendo qualche molecola C, l'equilibrio viene disturbato.
Tali cambiamenti aggiungono stress al sistema. Secondo il principio di Le Châtelier, quando un sistema in equilibrio viene sollecitato a causa di un cambiamento di concentrazione, di un cambiamento di volume o di pressione, o di un cambiamento di temperatura, la posizione di equilibrio si sposta in una data direzione per minimizzare lo stress e ripristinare l'equilibrio. Per comprendere la risposta di un sistema ai cambiamenti di concentrazione, considerate due vasche d'acqua collegate, A e B.Inizialmente, il livello dell'acqua nelle due vasche è uguale e il sistema è in equilibrio.
Quindi, dell'acqua viene aggiunta alla vasca B.Questo stress aumenta il livello dell'acqua nella vasca B e ne disturba l'equilibrio. Per compensare questo stress, dell'acqua fluisce nella vasca A per ripristinare l'equilibrio. Viceversa, se l'acqua viene rimossa dalla vasca B, anche l'abbassamento del livello dell'acqua innesca uno stress.
Di conseguenza, l'acqua della vasca A fluisce nella vasca B per ripristinare l'equilibrio. Per un sistema in equilibrio, il quoziente di reazione equivale alla costante di equilibrio. L'aggiunta di più reagenti alla miscela di equilibrio diminuisce Q.Secondo il principio di Le Châtelier, il sistema minimizza questo stress spostando la posizione di equilibrio verso i prodotti per usare il reagente aggiunto, e ristabilire l'equilibrio.
Allo stesso modo, la rimozione di un prodotto dalla miscela di equilibrio porterà a una risposta simile per ristabilire l'equilibrio. Al contrario, l'aggiunta di più prodotti aumenta Q.Pertanto, la posizione di equilibrio si sposta verso i reagenti per consumare il prodotto aggiunto e ripristinare l'equilibrio. Un cambiamento nella concentrazione sposta la posizione di equilibrio senza cambiare il valore di K.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What happens to an equilibrium system when you add more reactant?
Adding reactant decreases the reaction quotient (Q), causing the equilibrium to shift toward products. This shift consumes the added reactant and re-establishes equilibrium. The system minimizes the stress by expending the extra reactant molecules to restore balance between forward and reverse reaction rates.
Q2: How does removing a product affect a system at equilibrium?
Removing product decreases the reaction quotient, triggering a forward shift in equilibrium. The system responds by shifting toward products to replace the removed molecules and restore equilibrium. This shift consumes reactants and produces more product until balance is reestablished between reaction rates.
Q3: What is Le Châtelier's principle and how does it explain concentration changes?
Le Châtelier's principle states that when an equilibrium system is stressed by a concentration change, the system shifts to minimize that stress and restore equilibrium. The equilibrium position shifts in the direction that counteracts the stress, whether reactants or products are added or removed, without changing the equilibrium constant value.
Q4: Why does adding product to an equilibrium mixture cause a leftward shift?
Adding product increases the reaction quotient (Q) above the equilibrium constant (K), making Q greater than K. The system responds by shifting left toward reactants to consume the excess product and re-establish equilibrium. This leftward shift reduces product concentration back to its equilibrium value.
Q5: Does the equilibrium constant change when you alter the concentration of reactants or products?
No, the equilibrium constant remains unchanged when concentrations are altered. Although the equilibrium position shifts to a new composition, the value of K stays the same. Concentration changes shift equilibrium without affecting the fundamental relationship defined by the equilibrium constant expression.
Q6: How can you predict which direction an equilibrium will shift using the reaction quotient?
Compare the reaction quotient (Q) to the equilibrium constant (K). If Q is less than K, the equilibrium shifts right toward products. If Q is greater than K, the equilibrium shifts left toward reactants. This comparison allows you to predict the direction of shift before the system reaches equilibrium.
Q7: What is the difference between a stress on an equilibrium system and the system's response?
A stress is the change applied to the system, such as adding or removing a reactant or product. The response is the equilibrium shift that occurs afterward to counteract that stress. The system's shift continues until the forward and reverse reaction rates are equal again, restoring dynamic equilibrium.