La costante di equilibrio è una grandezza tabulata a una certa temperatura per una reazione reversibile
Data una reazione di equilibrio del tipo aA + bB ⇌ cC + dD dove a, b, c e d sono i coefficienti stechiometrici delle specie presenti secondo la legge di azione di massa formulata da Peter Waage e Cato Guldberg che esprime quantitativamente la dipendenza delle concentrazioni dei prodotti e dei reagenti vi è una costante detta costante di equilibrio espressa dalla seguente equazione:
K = [C]c[D]d/[A]a[B]b
In genere le tabelle relative alla costante di equilibrio costanti non portano alcuna unità di misura quindi a prima vista si potrebbe ritenere che questi valori siano dei numeri puri.
In realtà l'unità di misura varia a seconda della reazione e del modo in cui tale costante viene espressa.
Esempi
Ad esempio si consideri la sintesi dell'ammoniaca che avviene secondo la reazione:
3 H2(g) + N2(g) ⇌ 2 NH3(g)
Se la costante viene espressa in termini di Kc laddove vengono considerate le concentrazioni molari si ha:
Kc= [NH3]2/[N2][H2]3
Sostituendo alle varie specie le unità di misura si ha:
Kc = M2/M∙M3 = M2/M4 = 1/M2 = M-2
Tenendo conto che la concentrazione molare è data dal rapporto tra moli e volume espresso in litri si ha:
Kc = mol-2∙ L2
Se le specie sono espresse in termini di pressioni parziali la costante di equilibrio viene data da Kp e quindi:
Kp = (pNH3)2/(pN2)(pH2)3
E, sostituendo le unità di misura si ha:
Kp = atm2/atm ∙ atm3 = atm2/atm4 = 1/atm2 = atm-2
In generale quindi le costanti di equilibrio non sono numeri adimensionali tranne il caso in cui la reazione avviene senza variazione del numero di moli.
Si consideri ad esempio la reazione:
H2(g)+ I2(g) ⇌ 2 HI(g)
In questo caso in cui la somma dei coefficienti stechiometrici dei reagenti è pari a 1+1 = 2 e il coefficiente del prodotto è 2 non si ha variazione del numero di moli pertanto la costante di equilibrio è un numero adimensionale.
Infatti Kc= [HI]2/[H2][I2] e, se vengono considerate le concentrazioni molari si ha:
Kc = M2/M2
e quindi non ha unità di misura.
Analogamente se le specie sono espresse in termini di pressioni parziali il valore di Kp è adimensionale.
In questo tipo di reazioni dove non c'è variazione del numero di moli quando le unità di misura sono espresse in termini di molarità i volumi si semplificano quindi il calcolo delle specie all'equilibrio può essere fatto anche se non si conosce il volume.
