In chimica, un equilibrio si verifica in un sistema quando due reazioni opposte si verificano alla stessa velocità. Il punto in cui si verifica questo equilibrio è fissato dalla termodinamica, o più specificamente dalla quantità di energia rilasciata e dal cambiamento di entropia associato al processo. In determinate condizioni di temperatura e pressione, il rapporto tra reagenti e prodotti è una costante chiamata costante di equilibrio. È possibile utilizzare le costanti di equilibrio per calcolare la concentrazione di HCO3 in una soluzione se si conosce la pressione parziale di anidride carbonica, CO2.

Scrivere le equazioni chimiche per le reazioni che trasformano il biossido di carbonio disciolto in acido carbonico, bicarbonato e carbonato. Le equazioni sono le seguenti:

H2O + CO2 < = > H2CO3 < = > H + e HCO3- < = > un altro H + e CO3 con una carica di -2.

Tutte le reazioni in questa serie sono bidirezionali, in altre parole, la reazione può andare avanti o in senso inverso. È possibile calcolare la concentrazione di bicarbonato, HCO3, all'equilibrio utilizzando le costanti di equilibrio.

Si supponga che il sistema sia a temperatura ambiente e alla pressione atmosferica standard, che il carbonato sia presente solo in quantità trascurabili e che il bicarbonato e l'acido carbonico siano la specie dominante in soluzione. Questa è un'ipotesi valida se il pH è 8 o 9 o inferiore - in altre parole, in soluzioni neutre e acide. In soluzioni altamente alcaline, si può fare l'ipotesi contraria - che l'acido carbonico è presente solo in quantità minori, mentre il bicarbonato e il carbonato sono le specie dominanti.

Calcola la concentrazione di CO2 disciolta in moli per litro usando Henry's Legge, come segue:

CO2 disciolta totale = (2,3 x 10 ^ -2) * (pressione parziale di CO2)

Calcolare la quantità di acido carbonico presente utilizzando la seguente formula:

(1,7 x 10 ^ -3) * (concentrazione di CO2 disciolta) = concentrazione di acido carbonico

Sostituire la concentrazione di acido carbonico nella seguente equazione, che è un'approssimazione ragionevole poiché l'acido carbonico è un debole acido:

4.3x10 ^ -7 = (X ^ 2) /(concentrazione di acido carbonico)

Risolvere per X moltiplicando entrambi i lati per la concentrazione di acido carbonico, quindi prendendo il quadrato radice di entrambi i lati. La tua risposta sarà la concentrazione stimata di bicarbonato.

Suggerimento

All'equilibrio, sia la reazione diretta che quella inversa si verificano alla stessa velocità. Lasciato a se stesso, un sistema come una Coca Cola aperta raggiungerà presto un equilibrio tra la pressione parziale di CO2, la concentrazione di acido carbonico e la concentrazione di bicarbonato.