Costante di equilibrio e energia libera: spontaneità di una reazione, esercizi

Costante di equilibrio e energia libera di Gibbs sono correlate secondo l’equazione:
ΔG° = – RT ln K

Essendo R la costante dei gas pari a 8.314 J/K∙mol, T la temperatura espressa in gradi Kelvin e ln K il logaritmo naturale della costante di equilibrio.

Spontaneità della reazione

Il valore della  variazione di energia indica se una reazione è spontanea, non spontanea o è all’equilibrio. Se ΔG > 0 il processo non è spontaneo nel verso indicato mentre lo sarebbe nel verso opposto. Viceversa se ΔG < 0 il processo è spontaneo mentre se ΔG = 0 il sistema è all’equilibrio e non ha alcuna tendenza a evolvere né in un senso né nel verso opposto.

Quando il valore di K è maggiore di 1 la reazione è spostata e destra ovvero verso i prodotti e ln K > 0 quindi ΔG° ha segno negativo. Viceversa se K ha un valore minore di 1 si ha che ln K < 0 e quindi ΔG° ha segno positivo. Se K = 1 allora ln K = 0 e quindi ΔG° =0.

Viene riportata una tabella riassuntiva delle considerazioni fatte

K ln K ΔG° Equilibrio
> 1 positivo negativo Sono favoriti i prodotti
1 0 0 Prodotti e reagenti sono ugualmente favoriti
< 1 negativo positivo Sono favoriti i reagenti

 

Per molte reazioni chimiche è complicato determinare sperimentalmente, a una data temperatura, il valore della costante di equilibrio.

Tuttavia essa piò essere calcolata dai dati termodinamici che consentono la determinazione dell’energia libera.

Determinazione di K

Si consideri ad esempio l’equilibrio:
N2(g) + O2(g) ⇌ 2 NO(g)

Tale equilibrio a 25°C è spostato a sinistra e non è semplice conoscere la concentrazione di NO che risulta molto bassa. Tuttavia conoscendo ΔG° che è pari a + 173.4 kJ/mol si può determinare K.
Per ottenere K si devono fare le opportune conversioni:
ΔG° = + 173400 J/mol  e T = 298 K

Si ha:
ΔG° = – RT ln K
Sostituendo gli opportuni valori:
173400 = – 8.314∙ 298 ln K = – 2477.6 ln K
-173400/2477.6 = – 70 =ln K
Da cui K = e-70 = 4.0 ∙ 10-31

Se vuoi inviare un esercizio clicca QUI

ARGOMENTI

GLI ULTIMI ARGOMENTI

Fluido magnetoreologico

Carburo di boro

TI POTREBBE INTERESSARE

Bilanciamento redox in ambiente basico: esercizi svolti

Il bilanciamento di una reazione redox in ambiente basico  può avvenire con  il metodo delle semireazioni. Nel bilanciamento vanno eliminati di eventuali ioni spettatori...

Resa percentuale in una reazione. Esercizi svolti e commentati

La resa percentuale di una reazione costituisce un modo per valutare l'economicità di una reazione industriale che può essere accantonata se è bassa. Si possono...

Curva di calibrazione: soluzioni e retta più probabile

La curva di calibrazione detta retta di lavoro o retta di taratura costituisce un metodo indispensabile nell’ambito della chimica analitica per la determinazione della...