Chapter 14: Chemical Equilibrium

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14.8:

Principio di Le Chatelier: variazione del volume (pressione)

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Le Chatelier’s Principle: Changing Volume (Pressure)

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Il principio di Le Châtelier può venire usato per prevedere come un sistema in equilibrio risponderebbe allo stress di un cambiamento di volume o pressione. Il volume di un gas è inversamente proporzionale alla sua pressione;dunque, per un sistema in equilibrio, una diminuzione di volume aumenta la pressione e disturba l’equilibrio. In risposta, la posizione di equilibrio si sposterà in una direzione per ridurre al minimo lo stress.La legge dei gas ideali sostiene che la pressione di un gas è direttamente proporzionale al numero di moli. Pertanto, la direzione dello spostamento, necessario per ripristinare l’equilibrio, dipende dal numero di moli delle particelle di gas su ambo i lati della reazione. Poiché un maggior numero di moli di gas si traduce in una pressione più alta, un aumento della pressione sposta la posizione di equilibrio sul lato con meno moli per abbassare la pressione.Allo stesso modo, una diminuzione della pressione sposta la posizione di equilibrio dal lato con più moli di gas. Considerate un equilibrio chimico, in cui una mole di pentacloruro di fosforo gassoso si decompone in una mole di tricloruro di fosforo e una mole di cloro gassoso due moli totali di prodotto. Se il pistone viene spinto verso il basso, il volume del sistema di equilibrio diminuisce, aumentando la pressione.Questo disturba l’equilibrio e si traduce in Q maggiore di K.Pertanto, la posizione di equilibrio si sposta verso i reagenti, con meno moli di particelle di gas, al fine di abbassare la pressione e ripristinare l’equilibrio. Al contrario, tirando il pistone verso l’alto il volume aumenta e la pressione diminuisce. In questo caso, Q diventa minore di K.Per aumentare la pressione, la posizione di equilibrio si sposta verso i prodotti, il lato con la maggior parte delle moli di gas, e ripristina l’equilibrio.L’aumento della pressione aggiungendo un gas inerte ad una miscela di equilibrio a volume costante, non influisce sull’equilibrio perché le pressioni parziali dei reagenti gassosi e dei prodotti rimangono invariate. Per sistemi in equilibrio con un numero uguale di moli di reagenti e di prodotti gassosi, come la reazione fra gas iodio e gas cloro per produrre monocloruro di iodio, un cambiamento nel volume del sistema non avrà alcun effetto sull’equilibrio.

14.8:

Principio di Le Chatelier: variazione del volume (pressione)

Per gli equilibri gas-fase, le variazioni delle concentrazioni di reagenti e prodotti possono verificarsi con volume e pressione alterati. La pressione parziale, P, di un gas ideale è proporzionale alla sua concentrazione molare, M.

Quindi i cambiamenti nelle pressioni parziali di qualsiasi reagente o prodotto sono essenzialmente cambiamenti nelle concentrazioni; pertanto, questi cambiamenti producono gli stessi effetti sugli equilibri. Oltre ad aggiungere o rimuovere reagenti o prodotti, le pressioni (concentrazioni) delle specie in un equilibrio in fase gassosa possono anche essere modificate modificando il volume occupato dal sistema. Poiché tutte le specie di equilibrio gas-fase occupano lo stesso volume, una data variazione di volume causerà lo stesso cambiamento di concentrazione sia per i reagenti che per i prodotti. Per discernere quale spostamento, se presente, questo tipo di stress indurrà, deve essere considerata la stechiometria della reazione.

All’equilibrio, la reazione N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO (g) è descritta dal quoziente di reazione

Se il volume occupato da una miscela di equilibrio di queste specie viene diminuito di un fattore 3, le pressioni parziali di tutte e tre le specie saranno aumentate di un fattore 3:

E così, cambiare il volume di questa miscela di equilibrio gas-fase non si traducono in uno spostamento dell’equilibrio.

Un trattamento analogo di un sistema diverso, 2 SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 SO₃(g), tuttavia, produce un risultato diverso:

In questo caso, la variazione di volume si traduce in un quoziente di reazione più piccolo della costante di equilibrio, e quindi l’equilibrio si sposterà a destra.

Questi risultati illustrano la relazione tra la stechiometria di un equilibrio gas-fase e l’effetto di una variazione di pressione (concentrazione) indotta dal volume. Se le quantità molare totali di reagenti e prodotti sono uguali, come nel primo esempio, una variazione di volume non sposta l’equilibrio. Se le quantità molare di reagenti e prodotti sono diverse, una variazione di volume sposterà l’equilibrio in una direzione che “adatta” meglio il cambiamento di volume. Nel secondo esempio, tre talpe di reagente (SO₂ e O₂) producono due talpe di prodotto (SO₃), e quindi diminuendo il volume del sistema l’equilibrio si sposta a destra poiché la reazione in avanti produce meno gas (2 mol) rispetto alla reazione inversa (3 mol). Al contrario, l’aumento del volume di questo sistema di equilibrio comporterebbe uno spostamento verso i reagenti.

Questo testo è stato adattato da Openstax, Chemistry 2e, Section 13.3 Shifting Equilibria: LeChatelier’s Principle.

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Le Chatelier’s Principle Equilibrium Stress Change In Volume Change In Pressure System Response Disturbance Equilibrium Position Minimize Stress Ideal Gas Law Number Of Moles Shift In Equilibrium Gas Particles Chemical Equilibrium Phosphorus Pentachloride Decomposition Phosphorus Trichloride Chlorine Gas