La teoria dell’equilibrio chimico ruota attorno alla costante di equilibrio, che regola le reazioni reversibili in base alla temperatura. La costante di equilibrio, calcolata attraverso l’espressione Kc = [C]c[D]d / [A]a[B]b permette di mantenere costante il rapporto tra le concentrazioni molari dei reagenti e dei prodotti in una reazione di equilibrio, seguendo la legge dell’azione di massa di Guldberg e Waage.
Kc e Kp sono due costanti utilizzate per sostenere gli equilibri gassosi, dove Kp sostituisce le concentrazioni con le pressioni parziali dei gas. La correlazione tra le due costanti è data da Kp = Kc(RT)^–Δn, con Δn calcolato come la differenza tra i coefficienti dei prodotti e dei reagenti nella reazione.
Espressioni di Kc
Le espressioni di Kc relative ad alcuni equilibri chimici sono calcolate come segue:
– Per l’equilibrio 2 O3(g) ⇄ 3 O2(g): Kc = [O2]^3 / [O3]^2
– Per l’equilibrio 2 NO(g) + Cl2(g) ⇄ 2 NOCl(g): Kc = [NOCl]^2 / [NO]^2[Cl2]^2
– Per l’equilibrio Ag+(aq) + 2 NH3(aq) ⇄ Ag(NH3)2+(aq): Kc = [Ag(NH3)2+][Ag+][NH3]
Calcolo di Kp e Kc
Per gli equilibri eterogenei, si escludono solidi, liquidi e solventi dall’espressione di Kc. Ad esempio, per le reazioni CO2(g) + H2(g) ⇄ CO(g) + H2O(l) e SnO2(s) + 2 CO(g) ⇄ Sn(s) + 2 CO2(g), le espressioni di Kc sono rispettivamente [CO] / [CO2][H2] e [CO2]^2 / [CO]^2.
Per il calcolo di Kp da Kc, come nella reazione N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g), con Kc = 9.60 a 300 °C, e Δn = -2, si ottiene Kp = 0.00434.
Variazione di Kc
Considerando reazioni come N2(g) + O2(g) ⇄ 2 NO(g) con Kc = 1 · 10^-30 a 25 °C, la variazione di Kc per la reazione inversa 2 NO(g) ⇄ N2(g) + O2(g) è inversamente proporzionale, quindi Kc = 1 · 10^30.
Determinazione di Kc
Per determinare la costante di equilibrio relativa alla reazione 2 HF(aq) + C2O4^2-(aq) ⇄ 2 F-(aq) + H2C2O4(aq), si moltiplicano le Kc delle reazioni coinvolte. Ad esempio, moltiplicando per 2 la reazione HF(aq) ⇄ H+(aq) + F-(aq) si ottiene una nuova Kc, che combinata con la Kc della seconda reazione porta a una Kc finale di 0.12.
La conoscenza e la manipolazione della costante di equilibrio sono fondamentali per comprendere e governare le reazioni chimiche in un sistema in equilibrio.
