Legge di azione di massa: esercizi di chimica
Nel contesto dell’equilibrio chimico, le concentrazioni o le pressioni di specie chimiche rimangono costanti nel tempo, seguendo la legge dell’azione di massa. Questa legge, rappresentata dall’equazione di equilibrio chimico, è un principio fondamentale della chimica sviluppato da Guldberg e Waage. Essa afferma che a una determinata temperatura, il rapporto tra le concentrazioni molari dei prodotti e dei reagenti, elevati ai rispettivi coefficienti stechiometrici, è costante.
La costante di equilibrio, espressa come (K_c), è definita dall’espressione matematica: (K_c = [C]^{c}[D]^{d} / [A]^{a}[B]^{b}). Questo valore costante indica l’entità dell’equilibrio chimico per una particolare reazione.
Per le reazioni che coinvolgono gas, in particolare, le pressioni parziali vengono espresse tramite la costante di equilibrio (K_p), la quale è rappresentata da (K_p = K_c(RT)^{Delta n}), dove (Delta n) rappresenta la differenza tra la somma dei coefficienti stechiometrici dei prodotti e dei reagenti.
Esercizi svolti
1) Reazione di equilibrio:
Calcolare la (K_c) e la (K_p) noti i valori delle pressioni parziali all’equilibrio per la reazione (2 BrCl_{(g)} ⇄ Br_{2(g)} + Cl_{2(g)}) (0.500 atm, 0.300 atm e 0.250 atm).
Soluzione:
Applicando la formula (K_p = (pBr_2)(pCl_2) / (pBrCl)^2), otteniamo (K_p = 0.300), e da (K_p = K_c(RT)^{Delta n}), otteniamo (K_c = K_p = 0.300).
2) Reazione di equilibrio:
Determinare le pressioni parziali al punto di equilibrio per la reazione (2 NO_2(g) ⇄ 2 NO(g) + O_2(g)), con una pressione iniziale di (NO_2) pari a 0.250 atm e (K_p = 6.5 ∙ 10^{-6}).
Soluzione:
Calcolando le pressioni parziali utilizzando l’I.C.E. chart, otteniamo (pNO_2 = 0.241 atm), (pNO = 9.33 ∙ 10^{-3} atm), e (pO_2 = 4.67 ∙ 10^{-3} atm).
3) Reazione di equilibrio:
Calcolare le pressioni parziali per la reazione (ClF_3(g) ⇄ ClF(g) + F_2(g)) con una pressione iniziale di (ClF_3) pari a 1.47 atm, conoscendo (K_c = 0.140) e la temperatura di 700 K.
Soluzione:
Applicando l’I.C.E. chart e l’equazione (K_p = (pClF)(pF_2) / (pClF_3)), si ottiene che (x = 0.389 atm), e utilizzando (K_c = 2.44 ∙ 10^{-3}) come risultato finale.
4) Reazione di equilibrio:
Con una quantità di 9.25 g di (ClF_3) inserita in un recipiente di 2.00 L e una percentuale di decomposizione del 21.5% a 800 K, calcolare la costante di equilibrio.
Soluzione:
Calcolando le moli di (ClF_3), si ottengono le concentrazioni di (ClF) e (F_2) all’equilibrio, e infine la (K_c = 2.98 ∙ 10^{-3}) come risultato finale.
Questi esercizi forniscono una panoramica su come risolvere problemi relativi all’equilibrio chimico, evidenziando l’importanza della costante di equilibrio e delle pressioni parziali nelle reazioni chimiche.