Costruzione dell’I.C.E. Chart per Equilibrio Chimico
L’I.C.E. chart è uno strumento essenziale nella risoluzione dei problemi legati alle reazioni di equilibrio. L’acronimo I.C.E. rappresenta le iniziali di Initial Change Equilibrium.
In una I.C.E. chart vengono inserite le concentrazioni o le pressioni iniziali, a seconda che si stia lavorando con Kc o con Kp, insieme alle variazioni delle concentrazioni delle diverse specie del sistema che evolve verso lo stato di equilibrio. Infine, vengono registrate le concentrazioni delle varie specie del sistema all’equilibrio.
Prima di costruire una I.C.E. chart in presenza di reagenti e prodotti, è necessario calcolare il quoziente di reazione per prevedere se l’equilibrio evolve verso destra (reazione diretta) o verso sinistra (reazione inversa). È fondamentale tenere presente che la variazione delle concentrazioni di ciascuna specie è correlata alla stechiometria della reazione.
Esempio
Per comprendere meglio la costruzione dell’ I.C.E. chart, consideriamo l’equilibrio gassoso di decomposizione dell’ammoniaca:
2 NH3(g) ⇄ N2(g) + 3 H2(g)
a 900 K con costante di equilibrio Kc di 0.0076.
Immaginiamo una miscela gassosa contenente inizialmente 3.00 moli di NH3, 2.00 moli di N2 e 5.00 moli di H2, posta in un recipiente da 5.00 L alla temperatura di 900 K. Se la reazione evolve verso lo stato di equilibrio, è possibile determinare le concentrazioni delle specie in equilibrio.
Calcolando le concentrazioni iniziali, otteniamo:
[NH3] = 3.00/5.00 = 0.600 M
[N2]= 2.00/5.00 = 0.400 M
[H2] = 5.00 / 5.00 = 1.00 M
Successivamente, possiamo costruire e completare l’I.C.E. chart.
Poiché sono inizialmente presenti sia reagenti che prodotti, calcoliamo il quoziente di reazione per prevedere in quale direzione si sposterà l’equilibrio.
Qc = [N2][H2]^3/[NH3]^2 = 0.400 (1.00)^3 / (0.600)^2 =1.11
Poiché Qc è maggiore rispetto a Kc, l’equilibrio si sposta a sinistra. La variazione delle concentrazioni di ciascuna specie è correlata alla stechiometria della reazione.
È importante prestare attenzione ai segni nella costruzione dell’I.C.E. chart, specialmente dopo aver identificato la direzione in cui evolve l’equilibrio.
Successivamente, possiamo esprimere le concentrazioni delle specie all’equilibrio sommando i valori corrispondenti allo stato iniziale e alla variazione di ciascuna specie.
Sostituendo questi valori nell’espressione della costante di equilibrio, Kc = [N2][H2]^3/[NH3]^2, e usando il metodo delle approssimazioni successive, si ottengono le concentrazioni delle specie all’equilibrio:
[N2] = 0.184 M
[H2] = 0.352 M
[NH3] = 1.03 M
In conclusione, se sono inizialmente presenti solo i reagenti, la reazione procede verso destra, mentre se sono presenti solo i prodotti, la reazione procede verso sinistra.