Back to chapter

14.9:

Principio di LeChatelier: cambiare la temperatura

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Le Chatelier’s Principle: Changing Temperature

Languages

Share

La temperatura influisce sulla velocità di una reazione chimica;pertanto, un cambiamento di temperatura per una reazione in equilibrio agisce come uno stress sul sistema. Il principio di Le Châtelier prevede come risponderà il sistema per ridurre al minimo tali disturbi. Una variazione di temperatura cambia il valore della costante di equilibrio, a differenza di una variazione della concentrazione o del volume, che sposta l’equilibrio senza modificare il valore di K.Considerate la decomposizione del pentacloruro di fosforo gassoso in tricloruro di fosforo e gas di cloro.Per questa reazione endotermica, il calore assorbito può essere pensato come un reagente. Un aumento della temperatura aggiunge calore al sistema, in modo simile all’aggiunta di più reagenti. Pertanto, la posizione di equilibrio si sposta verso i prodotti e genera più tricloruro di fosforo e cloro per consumare il calore extra perché il valore della costante di equilibrio, K, è aumentato.D’altra parte, una diminuzione della temperatura rimuove il calore dal sistema, in modo simile alla rimozione di un reagente. La posizione di equilibrio si sposta verso i reagenti e produce più pentacloruro di fosforo per rilasciare calore, poiché il valore di K è diminuito. Per una reazione esotermica, come la reazione gassosa fra anidride solforosa e ossigeno per produrre anidride solforica, il calore rilasciato può essere pensato come un prodotto.Un aumento della temperatura è simile all’aggiunta di più di un prodotto. Ciò fa sì che la posizione di equilibrio si sposti verso i reagenti, producendo più anidride solforosa e ossigeno per assorbire parte del calore aggiunto, poiché il valore di K è diminuito. Al contrario, la diminuzione della temperatura di questa reazione esotermica rimuove il calore, come la rimozione di un prodotto.La posizione di equilibrio si sposta verso i prodotti e produce più anidride solforica per rilasciare calore all’aumentare di K.Pertanto, un aumento della temperatura favorisce i prodotti in una reazione endotermica, mentre una diminuzione della temperatura favorisce i prodotti in una reazione esotermica.

14.9:

Principio di LeChatelier: cambiare la temperatura

Coerentemente con la legge dell’azione di massa, un equilibrio sottolineato da un cambiamento di concentrazione si sposterà per ristabilire l’equilibrio senza alcun cambiamento nel valore della costante di equilibrio, K. Quando un equilibrio si sposta in risposta a un cambiamento di temperatura, tuttavia, viene ri stabilito con una composizione relativa diversa che mostra un valore diverso per la costante di equilibrio.

Per comprendere questo fenomeno, considera la reazione elementare:

 Eq1

Poiché questa è una reazione elementare, le leggi sui tassi per il avanti e il rovescio possono essere derivate direttamente dalla stechiometria dell’equazione bilanciata:

 Eq2

Quando il sistema è in equilibrio,

 Eq3

Sostituendo le leggi sui tassi in questa uguaglianza e riorganizzando si ottiene

 Eq4

La costante di equilibrio può essere espressa come una funzione matematica delle costanti di velocità per le reazioni avanti e indietro. Poiché le costanti di velocità variano con la temperatura descritta dall’equazione di Arrhenius, è ovvio che anche la costante di equilibrio varierà con la temperatura (supponendo che le costanti di velocità siano influenzate in misura diversa dal cambiamento di temperatura). Per reazioni più complesse che coinvolgono meccanismi di reazione multistep, esiste una relazione matematica simile ma più complessa tra la costante di equilibrio e le costanti di velocità dei passi nel meccanismo. Indipendentemente da quanto complessa possa essere la reazione, persiste la dipendenza dalla temperatura della sua costante di equilibrio.

Prevedere lo spostamento che un equilibrio sperimenterà in risposta ad un cambiamento di temperatura è più convenientemente realizzato considerando il cambiamento di entalpia della reazione. Ad esempio, la formazione di ammoniaca mediante il processo di Haber è un processo esotermico (che produce calore):

 Eq5

Ai fini dell’applicazione del principio di Le Châtelier, il calore, q, può essere visto come un prodotto:

 Eq6

Aumentare la temperatura del sistema è simile ad aumentare la quantità di un prodotto, e quindi l’equilibrio si sposterà a sinistra. L’abbassamento della temperatura del sistema farà sì che l’equilibrio si sposti a destra. Per i processi endotermici, il calore è visto come un reagente della reazione e quindi si osserva la dipendenza dalla temperatura opposta.

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