Costante di equilibrio
La costante di equilibrio è una grandezza tabulata a una data temperatura
L’ equilibrio per reazioni reversibili si verifica quando la velocità di formazione dei prodotti è uguale alla velocità di formazione dei reagenti.
Pertanto, pur trattandosi di un equilibrio dinamico, le concentrazioni delle specie rimangono costanti nel tempo.
Le concentrazioni delle specie all’equilibrio, infatti, rimangono inalterate a prescindere da:
- concentrazioni iniziali
- variazione di pressione
- volume
- aggiunta di reagenti o di prodotti
- catalizzatore
L’unica grandezza fisica che influenza le concentrazioni delle specie presenti è la temperatura.
Dato un generico equilibrio:
a A + b B ⇄ c C + d D
dove a, b, c e d sono i coefficienti stechiometrici.
Espressione di K
L’espressione della costante di equilibrio è:
K = [C]c[D]d/[A]a[B]b
La conoscenza di K, spesso indicata con Kc, e delle concentrazioni iniziali delle varie specie consente di conoscere le concentrazioni di equilibrio.
Kp e Kc
Per equilibri gassosi può essere utilizzata invece che Kc in cui sono presenti le concentrazioni, un’altra costante detta Kp dove invece delle concentrazioni sono presenti le pressioni parziali delle specie allo stato gassoso.
Si può dimostrare che Kp = Kc(RT)Δn
dove Δn è uguale alla differenza della somma dei coefficienti stechiometrici dei prodotti e dei reagenti. Nel caso della suddetta reazione Δn= c + d – a – b
Nel caso in cui sono presenti specie allo stato solido queste non compaiono nell’espressione della costante di equilibrio.
Ad esempio, nel caso della reazione:
H2O(g) + C(s) ⇄ CO(g) + H2(g)
L’espressione della Kc è:
Kc = [CO][H2]/[H2O]
Nel caso della dissociazione di acidi e basi deboli le rispettive costanti di equilibrio vengono indicate con Ka e Kb. Se in queste reazioni compare l’acqua essa non compare nella costante di equilibrio.
Ad esempio per la dissociazione di HF che avviene secondo l’equilibrio:
HF + H2O ⇄ F– + H3O+
L’espressione di Ka è:
Ka = [F–][H3O+]/[HF]
Nel caso di equilibri di solubilità la costante relativa a questo equilibrio prende il nome di prodotto di solubilità e si indica con Kps. Ad esempio per la dissociazione del cloruro di argento che avviene secondo l’equilibrio:
AgCl(s) ⇄ Ag+(aq) + Cl–(aq)
Prodotto di solubilità
L’espressione del prodotto di solubilità è:
Kps = [Ag+][Cl–]
Costante di formazione
Nel caso della formazione di un complesso la costante prende il nome di costante di formazione o di stabilità e viene indicata con Kf. Ad esempio per la formazione del complesso tetraammino rame (II):
Cu2+ + 4 NH3 ⇄ Cu(NH3)42+
L’espressione della costante di formazione è:
Kf = [Cu(NH3)42+]/[Cu2+][NH3]4
Costante di instabilità
Invece che della costante di formazione viene spesso usata la costante di instabilità che si indica con Kinst ovvero della costante relativa all’equilibrio:
Cu(NH3)42+ ⇌ Cu2+ + 4 NH3
L’espressione di quella di instabilità è:
Kinst = [Cu2+][NH3]4/[Cu(NH3)42+]
Il suo valore è dato dall’inverso del valore della costante di formazione:
Kinst = 1/Kf