N2 H2

La reazione è esotermicaesotermica: l’innalzamento della temperatura la sfavorisce. Se il sistema è chiuso e isolato, la reazione ha una resa di circa il 50%: Perché?

A temperature alte l’ammoniaca tende a decomporsi…

Consideriamo la reazione N2 + 3H2 2 NH3

2 NH3 N2 + 3H2

tempo

[reagenti]N2 + 3H2 2 NH3

Reazione diretta

La velocità di reazione diminuisce al diminuire delle concentrazioni dei reagenti

reazione inversa

[prodotti]

tempo

2 NH3 N2 + 3H2

la velocità della reazione inversa aumenta all’aumentare della concentrazione dei prodotti

Equilibrio chimico

[reagenti]

[prodotti]

tempo

Dopo un certo tempo, la velocità della reazione diretta e di quella inversa si uguagliano

Raggiunto l’equilibrio chimico dinamicodinamico

tteqeq

D’ora in poi le moli di reagenti che scompaiono e che si riformano nel tempo sono uguali

• Una reazione si dice all’equilibrio quando le concentrazioni dei reagenti e dei prodotti rimangono costanti nel tempo

• Le reazioni, diretta e inversa, non si fermano ma le velocità sono uguali.

• La reazione viene rappresentata con una doppia freccia e si dice reversibilereversibile

REAGENTI PRODOTTI

Equilibrio chimico dinamicoEquilibrio chimico dinamico

Cinetica delle reazioniCinetica delle reazioni

2 NH3 N2 + 3H2

Reazione direttadiretta

Reazione inversainversa

Kd= [N2][H2]3Vd

[NH3]2Ki=Vi

Raggiunto l’equilibrio… Vd = ViQuindi… Kd [N2][H2]3 = [NH3]2Ki

KKii e per [N[N22][H][H22]]33Divido tutto per… Ottengo…Ki

=Kd

[N2][H2]3

[NH3]2

Dato che il rapporto tra due costanti è costante … Keq Ki

Kd =

Quindi… Keq = [N2][H2]3

[NH3]2

N2 + 3H2 2 NH3

Data la generica reazione reversibile aA + bB cC + dD⇄aA + bB cC + dD⇄

si avrà…

In un sistema isolato, all’equilibrio, il rapportorapporto tra il prodottoprodotto delle concentrazioni dei prodottiprodotti e il prodottoprodotto delle concentrazioni dei reagentireagenti,

ognuno elevato al proprio coefficiente stechiometrico, è costantecostante..

Legge di azione di massa Legge di azione di massa (Waage e Guldberg - 1864)

Situazione generaleSituazione generale

Se Se KKeqeq > 1 la reazione è spostata verso i prodotti. > 1 la reazione è spostata verso i prodotti.

Se Se KKeqeq = 1 la reazione è al 50%. = 1 la reazione è al 50%.

Se Se KKeqeq < 1 la reazione è spostata verso i reagenti. < 1 la reazione è spostata verso i reagenti.

Legge di azione di massa Legge di azione di massa situazioni possibili

Nelle reazioni omogenee in fase gassosa,

Come, ad esempio, 2 NO + O2 NO + O22 ↔ 2 NO ↔ 2 NO2 2

La costante di equilibrio viene espressa in funzione delle

pressioni parziali pressioni parziali (invece delle concentrazioni) e si indica

con KKpp.

aA(g) + bB(g) cC⇄ (g) + dD(g)

L’equilibrio e la legge di azione di massa valgono in un sistema isolato

(non c’è variazione di materia, pressione e temperatura), ma cosa

succede se non lo è?

Le Chatelier Le Chatelier studiò le reazioni reversibili in caso di variazione delle

condizioni di reazione giungendo al principio dell’equilibrio mobile principio dell’equilibrio mobile (o

di Le chatelier)Le chatelier).

Un sistema all’equilibrio, perturbato da un’azione

esterna, reagisce in modo da ridurne o alterarne

l’effetto ristabilendo l’equilibrio.

Aggiunta di una sostanzaAggiunta di una sostanza(Reagente o Prodotto)

Come si può ben notare, l’aggiunta di un reagente «rompe l’equilibrio», ma il sistema tende a variare le velocità di reazione in modo da formare altro prodotto e ristabilire l’equilibrio.Quindi ad un amento della concentrazione del reagente, il sistema reagisce aumentando la concentrazione del prodotto (il rapporto tende a rimanere costante). Ovviamente succederà una cosa inversa nel caso dell’aggiunta di un prodotto

Effetto della variazione di pressioneEffetto della variazione di pressioneL’effetto della variazione di pressione va studiato caso per caso. Normalmente in caso di un sistema omogeneamente gassoso, la pressione favorisce l’incontro delle particelle, quindi entrambe le reazioni (diretta e inversa), ma il risultato finale non è sempre scontato. Consideriamo, ad esempio, la reazione: N2O4 2NO2

La pressione (equivalente alla concentrazione per reazioni in fase liquida), aumenta allo stesso modo per i reagenti e per i prodotti, ma dati i coefficienti (esponenti) differenti, il rapporto variavaria. Per il principio di Le ChatelierLe Chatelier, il sistema reagisce diminuendo i prodotti (numeratore), ristabilendo l’equilibrio

L’aumento di temperatura, sposta l’equilibrio verso i prodotti in una reazione endotermica e verso i reagenti in una esotermica

Le reazioni si dicono eterogenee quando i componenti si trovano in fasi fasi

diversediverse.

Si ha una reazione eterogenea per esempio quando si libera un gas a

partire da un solido o da un liquido (es. Zn + HCl), oppure quando un

soluto solido (o gassoso) si scioglie in soluzione liquida (Es. NaCl + H2O

oppure CO2 + H2O).

Particolari, inoltre, sono le reazioni eterogenee con formazioni di ioniioni.

Il principio di Le Chatelier, oltre a verificarsi nel caso di aggiunta di

prodotto o reagente, lo si si verifica anche con l’aggiunta di sostanze

differenti, ma che formano almeno uno ione uguale a quelli formati dai

componenti della reazione considerata (effetto dello ione comuneeffetto dello ione comune).

Tale ione, infatti, si comporta come se fosse stato aggiunto un

componente della reazione.

Reazioni eterogeneeReazioni eterogenee

L’aggiunta di uno ione comune a

una soluzione satura di un

composto ionico all’equilibrio ne

abbassa la solubilità (effetto dello

ione comune).

Il cromato d‘argento si scioglie in acqua dissociandosi in AgAg22CrOCrO44 2Ag⇄ 2Ag⇄ + + + CrO + CrO44

2-2-

Agiungendo AgNO3 aggiungeremo ioni AgAg++