L’I.C.E. chart è un utile strumento per risolvere problemi relativi a reazioni di equilibrio dove il termine I.C.E. è l’acronimo di Initial Change Equilibrium.
In una I.C.E. chart sono inserite le concentrazioni o le pressioni iniziali a seconda che si stia lavorando con Kc o con Kp. Sono poi inserite le variazioni delle concentrazioni ( o pressioni) delle varie specie del sistema che evolve verso lo stato di equilibrio ed infine le concentrazioni ( o pressioni) delle varie specie del sistema all’equilibrio.
Prima di costruire una I.C.E. chart nel caso siano presenti sia i reagenti che i prodotti è necessario calcolare il quoziente di reazione per poter prevedere se l’equilibrio evolve verso destra (reazione diretta) o verso sinistra (reazione inversa).
Si deve inoltre tener presente che la variazione delle concentrazioni ( o pressioni) di ciascuna specie è correlata alla stechiometria della reazione.
Esempio
Un esempio può essere utile per chiarire i punti da seguire per costruire l’ I.C.E. chart.
Si consideri l’equilibrio gassoso di decomposizione dell’ammoniaca per il quale:
2 NH3(g) ⇄ N2(g) + 3 H2(g)
per il quale a 900 K la costante di equilibrio Kc vale 0.0076.
Una miscela gassosa contenente inizialmente 3.00 moli di NH3, 2.00 moli di N2 e 5.00 moli di H2 viene posta in un recipiente da 5.00 L alla temperatura di 900 K. La reazione evolve fino a raggiungere lo stato di equilibrio. Si vogliano determinare le concentrazioni delle specie all’equilibrio.
Calcoliamo le concentrazioni iniziali:
[NH3] = 3.00/5.00 = 0.600 M
[N2]= 2.00/5.00 = 0.400 M
[H2] = 5.00 / 5.00 = 1.00 M
Possiamo così iniziare e riempire l’ I.C.E. chart
| 2 NH3 | ⇄ | N2 | 3 H2 | |
| Stato Iniziale | 0.600 | 0.400 | 1.00 | |
| Variazione | ||||
| All’equilibrio |
Poiché sono inizialmente presenti sia i reagenti che i prodotti calcoliamo il quoziente di reazione per prevedere in quale direzione evolve l’equilibrio.
Qc = [N2][H2]3/[NH3]2 = 0.400 (1.00)3/ (0.600)2 =1.11
Poiché Qc è maggiore rispetto a Kc l’equilibrio si sposta a sinistra.
Nella reazione il coefficiente stechiometrico di N2 vale 1 e, detta x la variazione di N2 si ha che la variazione di H2 è 3x mentre quella di NH3 è 2x secondo i coefficienti delle specie.
Avendo previsto che la reazione procede verso sinistra possiamo continuare nella costruzione dell’ I.C.E. chart stando attenti ai segni:
| 2 NH3 | ⇄ | N2 | 3 H2 | |
| Stato Iniziale | 0.600 | 0.400 | 1.00 | |
| Variazione | +2x | – x | – 3x | |
| All’equilibrio |
Possiamo esprimere le concentrazioni delle specie all’equilibrio sommando i valori corrispondenti allo stato iniziale e alla variazione di ciascuna specie:
| 2 NH3 | ⇄ | N2 | 3 H2 | |
| Stato Iniziale | 0.600 | 0.400 | 1.00 | |
| Variazione | +2x | – x | – 3x | |
| All’equilibrio | 0.600+2x | 0.400-x | 1.00-3x |
Sostituiamo questi valori nell’espressione della costante di equilibrio:
Kc = [N2][H2]3/[NH3]2 = (0.400 -x)(1.00 -3x)3/ (0.600+2x)2
Usando il metodo delle approssimazioni successive si ottiene x = 0.216 da cui
[N2] = 0.400 – 0.216 = 0.184 M
[H2] = 1.00 – 3 ( 0.216) = 0.352 M
[NH3] = 0.600 + 2( 0.216) = 1.03 M
Si rammenti che se sono inizialmente presenti solo i reagenti la reazione procede verso destra mentre se sono presenti inizialmente solo i prodotti la reazione procede verso sinistra.