Di Lee Johnson • Aggiornato il 24 marzo 2022
L'equilibrio chimico descrive lo stato stazionario di una reazione reversibile in cui i reagenti si convertono in prodotti e viceversa a velocità uguali. In pratica, i chimici quantificano questo equilibrio utilizzando la costante di equilibrio, Kp , che collega le pressioni parziali dei gas coinvolti.
Per una reazione generica in fase gassosa:
\(aA(g)+bB(g)\rightleftharpoons cC(g)+dD(g)\)
la costante di equilibrio è definita come:
\(K_p =\frac{(P_C)^c(P_D)^d}{(P_A)^a(P_B)^b}\)
Quando tutti i coefficienti stechiometrici sono uguali a uno, l’espressione si semplifica in “prodotti sui reagenti”. Questa forma è valida solo all'equilibrio.
A volte vedrai la costante di equilibrio espressa in termini di concentrazioni molari, Kc , relativo a Kp da:
\(K_p =K_c (RT)^{\Delta n}\)
dove Δn è la variazione del numero di moli di gas tra prodotti e reagenti.
Il passaggio chiave è introdurre la variabile x , che rappresenta la variazione di pressione dal valore iniziale all'equilibrio. Supponiamo che la pressione iniziale di ciascun reagente sia P_i e i prodotti iniziano a pressione zero. Quindi ciascuna pressione di equilibrio può essere espressa in termini di x .
Con tutti i coefficienti impostati su uno, Kp l'espressione diventa:
\(\begin{aligned}K_p &=\frac{x^2}{(P_i - x)^2}\end{aligned}\)
Risolvere per x dà:
\(x =\frac{\sqrt{K_p}\,P_i}{1 + \sqrt{K_p}}\)
La pressione parziale di equilibrio di un reagente è P_i - x , mentre quello di un prodotto è semplicemente x .
Considera la reazione:
\(\text{CH}_3\text{OH(g)} + \text{HCl(g)} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{Cl(g)} + \text{H}_2\text{O(g)}\)
Con Kp =5{}900 e una pressione iniziale P_i =0,75 atm per ciascun reagente, calcola x :
\(\begin{aligned} x &=\frac{\sqrt{K_p}\,P_i}{1 + \sqrt{K_p}} \\ &=\frac{\sqrt{5900}\times 0.75\;\text{atm}} 0.74\;\text{atm}\end{aligned}\)
Pertanto, la pressione di equilibrio di ciascun prodotto è di circa 0,74 atm e quella di ciascun reagente è 0,75 - 0,74 =0,01 bancomat.
Seguendo questo approccio sistematico, puoi determinare con precisione le pressioni di equilibrio per qualsiasi reazione in fase gassosa.
