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I.C.E. chart

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 K_c o con K_p. 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 NH_3(g) ⇄ N_2(g) + 3 H_2(g)

per il quale a 900 K la costante di equilibrio K_c 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.

Q_c = [N₂][H₂]³/[NH₃]² = 0.400 (1.00)³/ (0.600)² =1.11

Poiché Q_c è maggiore rispetto a K_c 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:

K_c = [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.