L’equilibrio mobile di Le Chatelier

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Bene, ora iniziamo!

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A volte serve fare una valutazione qualitativa sull’andamento di una reazione piuttosto che quantitativa. Prevedere come cambierà l’equilibrio della stessa quando aggiungo o tolgo reagenti o prodotti e così via. Un noto chimico francese, Henry Le Chatelier, provò a spiegare a suo modo una teoria che sarebbe poi diventata uno dei pilastri assoluti della chimica in tutto il mondo.

Egli diceva che quando un sistema all’equilibrio è sottoposto a una variazione di temperatura, pressione o concentrazione delle specie reagenti, il sistema reagisce in modo da compensare parzialmente la perturbazione raggiungendo un nuovo stato di equilibrio. In poche parole il sistema cerca in ogni modo possibile di opporsi a questa variazione, in modo da mantenere il più a lungo possibile una situazione di stabilità e di equilibrio.

Proviamo a schematizzare tutte le cose che possono succedere in una reazione chimica, così da avere una dispensa che veramente possa tornarvi utile ogni volta in cui ne avrete bisogno.

Piccola ma importante premessa.

Noi sappiamo che l’equilibrio di una reazione è espresso tramite la costante di equilibrio, come riportato qui sotto:

Per ogni generica reazione:  aA + bB → cC + dD

Variazioni di concentrazione

Cosa può succedere tra i reagenti?

  • Immaginiamo di aumentare i prodotti. Questo vorrebbe dire che il numeratore aumenterebbe il suo valore e, di conseguenza, cosa deve fare la reazione affinchè il valore di K rimanga uguale? Dovrà produrre più reagenti, in modo da tenere costante il rapporto. La reazione si sposterà quindi verso sinistra.
  • Immaginiamo ora di diminuire i prodotti. Cosa deve fare la reazione? Deve spostarsi verso destra, in modo da ripristinare l’equilibrio e trasformare più reagenti in prodotti.

Cosa può succedere tra i reagenti?

  • Se inserisco un reagente il rapporto reagenti/prodotti non dà più la Keq, quindi il sistema cerca di ristabilire l’equilibrio, spostandosi verso destra. (anche percè aumenta il denominatore).
  • Se invece diminuisco un reagente avviene l’effetto opposto, l’equilibrio si sposta verso sinistra.

Variazioni di temperatura

 

  • Reazioni endotermiche

sono per  definizione delle reazioni che per avvenire hanno bisogno di calore, quindi assorbono energia.

A + B + CALORE → C + D

Nella reazione endotermica il calore può essere considerato come reagente, in quanto serve per ottenere i prodotti. Considerarlo come reagente è la chiave che vi permette di capire come cambia il sistema se aggiungiamo o togliamo calore che vuol dire aumentare o diminuire la temperatura.

Infatti se aumenta la temperatura vuol dire che aumenta il calore e di conseguenza, dato che il calore è un reagente, come nel caso delle concentrazioni la reazione si sposterà verso destra.

Se avviene l’opposto, ovvero diminuisce la temperatura (quindi diminuisce il calore) la reazione si sposterà verso sinistra.

  • Reazioni esotermiche

Sono per definizione reazioni che cedono energia, quindi cedono calore come prodotto della reazione (non come reagente!)

A + B → C + D + CALORE

Seguendo il ragionamento fatto nel caso precedente avremo che un aumento di temperatura (quindi un aumento di calore) sposterà la reazione verso sinistra, proprio perché è la stessa cosa dell’aggiunta di un prodotto. Mentre se diminuisce la temperatura (diminuisce il calore) la reazione farà l’opposto e si sposterà verso destra per cercare di ripristinare l’equilibrio.

Variazioni di pressione


In generale per le variazioni di pressione bisogna sempre guardare i numeri delle moli dei reagenti e confrontarli con quelli delle moli dei prodotti.

Se le moli totali dei reagenti sono uguali a quelle totali dei prodotti, l’aumento o la diminuzione della pressione non provoca alcun effetto.

Possiamo schematizzare gli altri due casi in questo modo:

  • moli reagenti > moli prodotti

Un aumento di pressione provoca sempre che la reazione si sposti nella direzione dove ci sono meno moli totali (in questo caso verso i prodotti, quindi verso destra), una diminuzione di pressione farà l’opposto.

Esempio:   N2 + 3H2 → 2NH3 (se aumento la pressione si sposta verso destra perchè ci sono  2 moli totali, mentre a sinistra ce ne sono 4)

  • moli reagenti < moli prodotti

Un aumento della pressione anche in questo caso fa spostare la reazione nella direzione dove ci sono meno moli, quindi questa volta verso sinistra (verso i reagenti, che sono di meno). Una diminuzione farà l’effetto opposto.

 Attenzione!

  • Se reattivi e prodotti sono tutti solidi, liquidi o sciolti in soluzione, una variazione di pressione non provocherà nessun effetto sulla reazione. (quindi il discorso fatto in precedenza vale solo per i gas).
  • Quando ad essere aumentato è il volume si verifica una reazione netta nella direzione che produce un numero maggiore di moli di gas.

Come è andata?

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E’ stato un piacere, alla prossima dispensa!

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