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Determinazione delle concentrazioni all’equilibrio

Per la determinazione delle concentrazioni delle specie all’equilibrio bisogna conoscere la costante di equilibrio e le concentrazioni iniziali

1)      La reazione bilanciata

2)      Il valore della costante di equilibrio

3)      Le quantità iniziali di ogni specie espresse in termini, ad esempio, di molarità o di pressione parziale

4)      La direzione in cui la reazione procede per stabilire l’equilibrio

A questo punto si procede secondo i seguenti steps:

• Si scrive l’espressione dell’equilibrio relativa alla reazione
• Si controlla che le quantità siano espresse in unità di misura congrue
• Si determina la direzione della reazione calcolando il quoziente di reazione se essa non è determinata in modo evidente
• Si costruisce una I.C.E. chart ( essendo I.C.E. un acronimo di Initial Change Equilibrium) e si determinano le quantità delle specie all’equilibrio in termini di una sola incognita
• Si sostituiscono tali quantità nell’espressione della costante di equilibrio e si risolve rispetto all’incognita
• Si calcolano le concentrazioni di ciascuna specie all’equilibrio tenendo conto delle concentrazioni iniziali e delle variazioni

Determinazione delle concentrazioni all’equilibrio

Esempio guidato

1) 0.050 moli di H₂ e 0.050moli di Br₂ vengono messe in un recipiente avente volume pari a 5.0 L e si riscalda fino alla temperatura di 700 K. Calcolare le concentrazioni delle specie all’equilibrio sapendo che la costante K_c a 700 K è pari a 64

La reazione è la seguente:

H₂ + Br₂ ⇌ 2 HBr

• Scriviamo l’espressione dell’equilibrio relativa alla reazione

K_c = [HBr]² / [H₂][ Br₂] = 64

• Poiché viene usata K_c è necessario esprimere le concentrazioni delle specie in termini di molarità

[H₂] = 0.050 / 5.0 = 0.010 M e [Br₂] = 0.050 / 5.0 = 0.010 M

• L’unica direzione verso la quale può procedere l’equilibrio è verso destra in quanto all’inizio non è presente HBr
• Costruiamo una I.C.E. chart e  determiniamo le quantità delle specie all’equilibrio in termini di una sola incognita

	H2	Br2	HBr
Stato iniziale	0.010	0.010	0
Variazione	-x	-x	+2x
Equilibrio	0.010-x	0.010-x	2x

 

• Sostituiamo tali quantità nell’espressione della costante di equilibrio e risolviamo rispetto a x

64 = (2x)²/ (0.010-x)(0.010-x) = (2x)²/ (0.010-x)²

Onde evitare lunghi calcoli poiché nell’espressione compaiono, a destra due termini al quadrato facciamo la radice di ambo i membri:

8 = 2x/ 0.010-x

0.08 – 8x = 2x

0.08 = 10 x

Da cui x = 0.008 M

• Calcoliamo le concentrazioni di ciascuna specie all’equilibrio tenendo conto delle concentrazioni iniziali e delle variazioni:

[H₂] = [Br₂] = 0.010- 0.008 = 0.002 M e [HBr] = 2x = 2 ( 0.008) = 0.016 M