Come calcolare le concentrazioni all’equilibrio
Per determinare le concentrazioni delle specie chimiche in equilibrio, è necessario conoscere la costante di equilibrio e le concentrazioni iniziali delle reazioni chimiche. Le fasi da seguire sono:
– Scrivere la reazione chimica bilanciata
– Calcolare e conoscere il valore della costante di equilibrio
– Definire le concentrazioni iniziali di ciascuna specie, solitamente espresse in molarità o pressione parziale
– Determinare la direzione in cui la reazione procede per stabilire l’equilibrio
I passi successivi per calcolare le concentrazioni all’equilibrio sono i seguenti:
– Scrivere l’espressione di equilibrio relativa alla reazione
– Verificare che le quantità siano espresse in unità di misura adeguate
– Calcolare la direzione della reazione, se non è evidente, calcolando il quoziente di reazione
– Costruire un I.C.E. chart (Initial Change Equilibrium) e determinare le quantità delle specie in equilibrio in termini di una sola incognita
– Sostituire tali quantità nell’espressione della costante di equilibrio e risolvere l’incognita
– Calcolare le concentrazioni di ciascuna specie all’equilibrio tenendo conto delle concentrazioni iniziali e delle variazioni.
Esempio Guidato
Immaginiamo di avere 0.050 moli di H2 e 0.050 moli di Br2 in un recipiente di 5.0 L riscaldato fino a 700 K. Dobbiamo calcolare le concentrazioni delle specie all’equilibrio sapendo che la costante Kc a 700 K è pari a 64.
La reazione è la seguente:
H2 + Br2 ⇌ 2 HBr
– Scriviamo l’espressione dell’equilibrio relativa alla reazione:
Kc = [HBr]² / [H2] [Br2] = 64
– Poiché viene usata Kc è necessario esprimere le concentrazioni delle specie in termini di molarità:
[H2] = 0.050 / 5.0 = 0.010 M e [Br2] = 0.050 / 5.0 = 0.010 M
– L’unica direzione verso la quale può procedere l’equilibrio è verso destra in quanto all’inizio non è presente HBr
– Costruiamo una tabella I.C.E. e determiniamo le quantità delle specie all’equilibrio in termini di una sola incognita:
Stato iniziale:
H2 0.010
Br2 0.010
HBr 0
Variazione:
-x -x +2x
Equilibrio:
0.010-x 0.010-x 2x
– Sostituiamo tali quantità nell’espressione della costante di equilibrio e risolviamo rispetto a x:
64 = (2x)² / (0.010-x) (0.010-x) = (2x)² / (0.010-x)²
– Calcoliamo le concentrazioni di ciascuna specie all’equilibrio:
[H2] = [Br2] = 0.010 – 0.008 = 0.002 M e [HBr] = 2x = 2 (0.008) = 0.016 M