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14.4:

Calcolo della costante di equilibrio

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Chemistry
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Calculating the Equilibrium Constant

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La costante di equilibrio, Kc, può essere determinata sostituendo i valori corrispondenti nell’espressione della costante di equilibrio, se sono noti le concentrazioni di tutti i reagenti e deii prodotti all’equilibrio. Una miscela gassosa di anidride solforosa e ossigeno a 530 gradi Celsius è lasciata reagire secondo la reazione mostrata. In equilibrio, la miscela contiene anidride solforosa 0, 10 molare, ossigeno 0, 15 molare e anidride solforosa 10, 88 molare.Sostituendo i valori nell’espressione di equilibrio, Kc è uguale a 7, 9 10⁴. Il Kc può anche essere calcolato, purché sia nota la concentrazione iniziale di tutti i componenti e la concentrazione di equilibrio di almeno un composto. Le concentrazioni di equilibrio sconosciute possono, dunque, essere calcolate usando la stechiometria della reazione.Una tabella ICE viene utilizzata per organizzare le informazioni per le concentrazioni iniziale, di cambiamento e di equilibrio della reazione. Quando si lascia che una miscela di reazione contenente azoto 0, 11 molare e idrogeno 0, 36 molare raggiunga l’equilibrio a 500 gradi Celsius, questa produce ammoniaca 0, 020 molare all’equilibrio. Per calcolare il Kc, è necessario determinare le concentrazioni di equilibrio dell’azoto e dell’idrogeno.La stechiometria della reazione mostra che sono necessarie 1 mole di azoto gassoso e 3 moli di idrogeno gassoso per produrre 2 moli di ammoniaca gassosa. La variazione, x, se moltiplicata per i coefficienti dei reagenti e dei prodotti, denota la concentrazione dei reagenti consumati e la concentrazione del prodotto necessario per raggiungere l’equilibrio. Poiché 2x equivale a 0, 020, x è uguale a 0, 010.La concentrazione di equilibrio di azoto e idrogeno può, quindi, essere determinata sottraendo la rispettiva variazione di concentrazione dalla loro concentrazione iniziale che è rispettivamente pari a 0, 10 e 0, 33 molare. Sostituendo le concentrazioni di equilibrio nell’espressione Kc, Kc equivale a 0, 11. Il Kp per le reazioni che coinvolgono i gas può essere calcolato utilizzando una tabella ICE e l’espressione di equilibrio scritta con pressioni parziali.

14.4:

Calcolo della costante di equilibrio

La costante di equilibrio per una reazione è calcolata dalle concentrazioni di equilibrio (o pressioni) dei suoi reagenti e prodotti. Se queste concentrazioni sono note, il calcolo comporta semplicemente la loro sostituzione nell’espressione Kc.

Ad esempio, il biossido di azoto gassoso forma tetrossido dinitrogeno secondo questa equazione:

Eq1

Quando 0,10 mol NO2 viene aggiunto a un pallone da 1,0-L a 25 °C, la concentrazione cambia in modo che all’equilibrio, [NO2] = 0,016 M e [N2O4] = 0,042 M. Il valore della costante di equilibrio per la reazione può essere calcolato come segue:

Eq2

Un esempio leggermente più impegnativo è fornito successivamente, in cui la stechiometria di reazione viene utilizzata per ricavare concentrazioni di equilibrio dalle informazioni fornite. La strategia di base di questo calcolo è utile per molti tipi di calcoli di equilibrio e si basa sull’uso di termini per le concentrazioni di reagenti e prodotti inizialmente presenti, per come cambiano man mano che la reazione procede e per quello che sono quando il sistema raggiunge l’equilibrio. L’acronimo ICE è comunemente usato per riferirsi a questo approccio matematico, e i termini di concentrazione sono solitamente raccolti in un formato tabulare chiamato tabella ICE.

Calcolo di una costante di equilibrio

Le molecole di iodio reagiscono reversibilmente con ioni ioduro per produrre ioni triioduro.

Eq3

Se una soluzione con le concentrazioni di I2 e I entrambe uguali a 1.000 × 10−3 M prima della reazione dà una concentrazione di equilibrio di I2 di 6,61 × 10−4 M, qual è la costante di equilibrio per la reazione?

Per calcolare le costanti di equilibrio, sono necessarie concentrazioni di equilibrio per tutti i reagenti e i prodotti:

Eq4

Vengono fornite le concentrazioni iniziali dei reagenti e la concentrazione di equilibrio del prodotto. Queste informazioni possono essere utilizzate per ricavare termini per le concentrazioni di equilibrio dei reagenti, presentando tutte le informazioni in una tabella ICE.

I2 (aq) I (aq) I3 (aq)
Concentrazione iniziale (M) 1.000 × 10−3 1.000 × 10−3 0
Variazione (M) −x −x +x
Concentrazione di equilibrio (M) 1.000 × 10−3 − x 1.000 × 10-3 − x X

All’equilibrio la concentrazione di I2 è di 6,61 × 10−4 M in modo che

Eq5

La tabella ICE può ora essere aggiornata con valori numerici per tutte le sue concentrazioni:

I2 (aq) I (aq) I3 (aq)
Concentrazione iniziale (M) 1.000 × 10−3 1.000 × 10−3 0
Variazione (M) -3,39 × 10-4 -3,39 × 10-4 +3,39 × 10-4
Concentrazione di equilibrio (M) 6,61 × 10-4 6,61 × 10-4 3,39 × 10-4

Infine, le concentrazioni di equilibrio possono essere sostituite nell’espressione Kc e risolte:

Eq6

Questo testo è stato adattato da Openstax, Chimica 2e, Sezione 13.4 Calcoli di equilibrio.