Secondo il principio di Le Chatelier qualunque alterazione ai fattori che determinano l’equilibrio provoca una reazione, da parte del sistema, tendente ad annullarne gli effetti.
I fattori che influenzano l’equilibrio chimico sono la concentrazione delle singole sostanze ( reagenti e prodotti), pressione e temperatura.
Per poter prevedere come si sposta un equilibrio bisogna fare alcune premesse.
1) Le reazioni possono avvenire con variazione di numero di moli che viene indicata con Δn
Si possono verificare 3 casi:
a) H2 + I2 ⇄ 2 HI
In questo caso la variazione del numero di moli Δn è uguale a zero. Per ottenere Δn infatti si fa la differenza tra i coefficienti stechiometrici che appaiono davanti ai prodotti e quelli che appaiono davanti ai reagenti. Si ha: Δn = 2 – (1 + 1) = 0
b) N2 +3 H2 ⇄ 2 NH3
In questo caso Δn < 0. Infatti 2 – ( 1 + 3) = – 2 < 0
c) PCl5 ⇄ PCl3 + Cl2
In questo caso Δn > 0. Infatti 1 + 1 – 1 = 1 > 0
2) Le reazioni possono avvenire con sviluppo di calore e in tal caso si parla di reazioni esotermiche per la quali la variazione di entalpia ΔH < 0 o con assorbimento di calore e in tal caso ΔH > 0
Inoltre si può verificare un aumento o una diminuzione di pressione; in tal caso il sistema reagisce alla perturbazione in modo da minimizzarle pertanto se Δn < 0 ovvero la somma le numero di moli dei prodotti è minore rispetto a quella dei reagenti allora un aumento di pressione sposta a destra l’equilibrio. Se invece Δn > 0 allora un aumento di pressione sposta l’equilibrio a sinistra.
Si tenga conto che potrebbe essere considerata anche una variazione di volume: in tal caso se il volume diminuisce ovvero avviene una compressione si verifica un aumento di pressione mentre se il volume aumenta si ha un’espansione e la pressione diminuisce.
Tabella
|
L’equilibrio si sposta: |
|
| a destra | a sinistra |
| Per aggiunta di reagenti | Per aggiunta di prodotti |
| Diminuzione di temperatura se ΔH < 0 | Aumento di temperatura se ΔH < 0 |
| Aumento di temperatura se ΔH > 0 | Diminuzione di temperatura se ΔH > 0 |
| Diminuzione di pressione se Δn > 0 | Aumento di pressione se Δn > 0 |
| Aumento di pressione se Δn < 0 | Diminuzione di pressione se Δn < 0 |
Applicazioni del principio di Le Chatelier
1) Data la reazione: 2 CO(g) + O2(g) ⇄ 2 CO2(g) + 52 kcal prevedere come si sposta l’equilibrio a seguito di:
– Aggiunta di reagente
– Aumento della temperatura
– Aumento della pressione
La reazione ha un valore di Δn < 0 infatti Δn = 2 – ( 2 + 1) = – 1 ed inoltre la reazione è esotermica in quanto avviene con sviluppo di calore quindi ΔH < 0
Si ha quindi che per aggiunta di reagente l’equilibrio si sposta a destra; un aumento di temperatura sposta a sinistra l’equilibrio e un aumento di pressione lo sposta a destra
2) Data la reazione: CH3OH(g) ⇄ CO(g) + 2 H2(g) prevedere come si sposta l’equilibrio a seguito di:
– Aggiunta di CO
– Aumento della pressione
– Aggiunta di un catalizzatore
L’aggiunta di CO che è un prodotto sposta a sinistra l’equilibrio.
Poiché per la reazione Δn = 1 + 2 – 1 = +2 > 0 un aumento di pressione sposta a sinistra l’equilibrio
L’aggiunta di un catalizzatore non ha alcun effetto in quanto esso contribuisce a rendere più veloce la reazione ma non modifica l’equilibrio
3) Data la reazione 2 NO2(g) ⇄ N2O4(g) per la quale ΔH < 0 prevedere come si sposta l’equilibrio a seguito di:
– Aggiunta di NO2
– Aumento di temperatura
– Diminuzione del volume
L’aggiunta di NO2 che è un prodotto sposta a destra l’equilibrio. La reazione è esotermica quindi un aumento di temperatura sposta a sinistra l’equilibrio. Se il volume diminuisce si ha un aumento di pressione e poiché Δn = 1 – 2 = – 1 si ha che l’equilibrio si sposta a destra