Caratteristiche fondamentali della costante di equilibrio nelle reazioni chimiche
La costante di equilibrio nella chimica è una grandezza che esprime quantitativamente la dipendenza delle concentrazioni dei prodotti e dei reagenti, la quale può assumere dimensioni diverse a seconda della reazione e necessita di una valutazione caso per caso.
Le caratteristiche principali di questa costante sono:
a) Essa è caratterizzata da un valore definito specifico per ogni reazione a una determinata temperatura. Il suo valore si modifica soltanto variando la temperatura ed è indipendente dalla concentrazione dei reagenti o di qualsiasi perturbazione arrecata all’equilibrio, come variazione di volume, di pressione, o l’aggiunta/sottrazione di reagenti.
b) Il valore della costante di equilibrio può aumentare o diminuire al variare della temperatura a seconda se la reazione è di tipo endotermico o esotermico. Ad esempio, nella reazione N2O4(g) ⇌ 2 NO2(g), all’aumentare della temperatura il valore della costante di equilibrio aumenta. Questo è dovuto al fatto che la reazione è endotermica, quindi un aumento di temperatura favorisce i prodotti rispetto ai reagenti. A differenza, per la reazione di sintesi dell’ammoniaca N2(g) + 3 H2(g) ⇌ 2 NH3(g), che è di tipo esotermico, un aumento della temperatura comporta una diminuzione della costante di equilibrio, favorendo quindi i reagenti rispetto ai prodotti.
c) Se K rappresenta la costante di equilibrio per una data reazione, il valore della costante per la reazione inversa è pari a 1/K. Questo è dimostrato dalla reazione H2(g) + I2(g) ⇌ 2 HI(g), in cui la costante K è 48. La costante per la reazione inversa, 2 HI(g) ⇌ H2(g) + I2(g), avrà quindi valore di 1/48, ovvero 0.021.
d) La presenza di un catalizzatore influenza la cinetica della reazione, ma non il suo aspetto termodinamico, pertanto la costante di equilibrio di una determinata reazione non varia in presenza di un catalizzatore.
e) Sebbene in genere non venga fornita l’unità di misura della costante di equilibrio, essa può assumere dimensioni diverse a seconda della reazione. Nel caso di equilibrio H2(g) + I2(g) ⇌ 2 HI(g), la costante è adimensionale, mentre per la sintesi dell’ammoniaca N2(g) + 3 H2(g) ⇌ 2 NH3(g) le dimensioni di K possono essere ottenute sostituendo le concentrazioni espresse in termini di molarità. In generale, le dimensioni di K possono essere espresse come L2/mol2 o mol-2∙L2.
f) Il valore della costante varia se variano i coefficienti stechiometrici. Ad esempio, per la reazione H2(g) + I2(g) ⇌ 2 HI(g) con la costante K pari a 48, per la reazione ½ H2(g) + ½ I2(g) ⇌ HI(g) la costante K’ si otterrà come radice quadrata di K, ovvero √48 = 6.9.
Queste caratteristiche possono essere schematizzate come segue:
– Reazione aA + bB ⇌ cC + dD – Costante di equilibrio K
– cC + dD ⇌ aA + bB – Costante di equilibrio K’ = 1/K
– na A+ nb B ⇌ nc C + nd D – Costante di equilibrio K’’= Kn
