Costante di equilibrio: unità di misura, esempi

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 dovuta ai chimici  Cato M. GuldbergPeter Waage 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.

Espressione della costante di equilibrio

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.

ARGOMENTI

GLI ULTIMI ARGOMENTI

TI POTREBBE INTERESSARE

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...

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...

Temperature di ebollizione di composti organici

Le temperature di ebollizione dei composti organici forniscono informazioni relative alle loro proprietà fisiche e alle caratteristiche della loro struttura e costituiscono una delle...