Equilibrio eterogeneo e costante di equilibrio. Esercizi

L’equilibrio eterogeneo in chimica e gli esercizi associati

Un equilibrio eterogeneo è caratterizzato da più di una fase all’interno di un sistema, spesso solida e acquosa o solida e vapore. Un esempio di tale equilibrio è rappresentato dall’acqua in equilibrio con il suo vapore in un ambiente chiuso, espresso dalla reazione H₂O_(l) ⇄ H₂O_(g). Qui, l’acqua coesiste in due stati di aggregazione diversi, la fase liquida e la fase di vapore. Altri esempi di equilibri eterogenei includono reazioni che coinvolgono sia fasi solide che di vapore.

In questi casi, è importante considerare la costante di equilibrio, dove i termini relativi ai solidi e ai liquidi possono essere tralasciati, in quanto sono già incorporati nella costante stessa. Ad esempio, per la reazione 3 Fe_(s) + 4 H₂O_(g) ⇄ Fe₃O_4(g) + 4 H_2(g), l’espressione della costante di equilibrio K_p è data da K_p = (p_H2⁴ )( p _Fe3O4)/ p_H2O⁴.

Nel caso di un altro equilibrio eterogeneo come Ca(OH)_2(s) ⇄ Ca²⁺_(aq) + 2 OH^–_(aq), l’espressione della costante di equilibrio è K = [Ca²⁺][OH^–]². Qui, la costante di solubilità del sale poco solubile è indicata come il prodotto di solubilità, K_ps.

Le unità di misura della costante di un equilibrio eterogeneo variano a seconda dei casi. Ad esempio, se si considera K_p e la pressione delle specie è espressa in atmosfere, l’unità di misura è data da atm. Per K_ps, l’unità di misura è M³ (mol³/L³). Mentre per K_c, l’unità di misura è L/mol.

Per fornire un esempio specifico, consideriamo l’equilibrio gassoso seguente: CO_2(g) + H_2(g) ⇄ CO_(g) + H₂O_(l). L’espressione della costante di equilibrio K_p è K_p= (p_CO/ p_CO2)(p_H2), con un’unità di misura di atm.

Altri esempi di esercizi includono la scrittura delle espressioni e delle unità di misura per equilibri come H_2(g) + I_2(s) ⇄ 2 HI_(g), CaCO_3(s) ⇄ CaO_(s) + CO_2(g), Ni(CO)_4(g) ⇄ Ni_(s) + 4 CO_(g), e Ti_(s) + 2 Cl₂(g) ⇄ TiCl_4(l).

In conclusione, i concetti di equilibrio eterogeneo in chimica e gli esercizi ad esso associati offrono un’opportunità di comprendere e applicare le teorie chiave della materia.