Principio di Le Chatelier e sue applicazioni
Il Principio di Le Chatelier consente di prevedere come si sposta un equilibrio chimico e di determinare la concentrazioni delle specie dopo che è stata apportata una variazione
Si può prevedere la composizione di un sistema all’equilibrio a seguito di variazioni di pressione, temperatura , aggiunta di reagenti o sottrazione di prodotti di reazione sfruttando il principio di Le Chatelier secondo cui.
Enunciato
Un sistema all’equilibrio reagisce a sollecitazioni esterne mediante uno spostamento dell’equilibrio che si oppone alla sollecitazione
Sia data la generica reazione aA + bB ⇄ cC + dD
– L’effetto di un’aggiunta di A o B o di una sottrazione di C o D sposta verso destra l’equilibrio
– L’effetto di un aumento di pressione sposta a destra l’equilibrio se (a+b) > (c+d); l’equilibrio si sposterà a sinistra se (a+b) <(c+d) mentre non provocherà alcun effetto se (a+b)=(c+d)
– L’effetto di un aumento di temperatura sposta a destra l’equilibrio in una reazione endotermica mentre sposta a sinistra l’equilibrio in una reazione esotermica
Esercizi
1) Le concentrazioni di A, B, C e D all’equilibrio sono rispettivamente 1.75 · 10-2M , 1.12 · 10-2M , 1.90 · 10-3 M e 2.08 · 10-3M. Ricavare Kc per l’equilibrio A + B = C + D e prevedere le nuove concentrazioni se vengono aggiunte 2.80 · 10-3 M di A.
Kc = 1.90 · 10-3 · 2.08 · 10-3/ 1.75 · 10-2 · 1.12 · 10-2= 2.02 · 10-2
Dopo aver aggiunto 2.80 · 10-3 M di A la concentrazione iniziale di A diventa
1.75 · 10-2 + 2.80 · 10-3 = 2.03 · 10-2M
L’aggiunta di un reagente sposta a destra l’equilibrio quindi le concentrazioni dei reagenti diminuiranno mentre quelle dei prodotti aumenteranno.
Nella Kc appena calcolata sostituiamo i valori delle concentrazioni di A, B, C e D tenendo presente che sono rispettivamente: [A] = 2.03 · 10-2M – x ;[B]= 1.12 · 10-2M – x ; [C] =1.90 · 10-3 + x ; [D] =2.08 · 10-3 +x e risolviamo l’equazione di secondo grado escludendo la radice negativa . Otteniamo x = 1.34 · 10-4M
2) Dato l’equilibrio gassoso COCl2= CO + Cl2 per il quale Kp = 4.81 si calcolino le pressioni parziali delle specie a) quando COCl2 viene introdotto alla pressione parziale di 1.20 atm ;
b) quando nello stesso reattore vengono introdotti COCl2 alla pressione iniziale di 1.20 atm e CO alla pressione parziale di 0.50 atm
a) All’equilibrio la pressione parziale di COCl2 diventa 1.20 – x e quelle di CO e Cl2 saranno pari a x.
Kp = 4.81 = (x)(x)/ 1.20-x
Risolvendo rispetto a x si ha x = 0.994
Da cui pCO= pCl2 = 0.994 atm e pCOCl2= 1.20 – 0.994 = 0.210 atm
b) L’introduzione di CO alla pressione parziale di 0.50 atm fa sì che all’equilibrio la pressione parziale di COCl2 sia 0.120-x, quella di Cl2 sia x e quella di CO sia 0.50+x
Sostituendo tali valori nella Kp si ha :
Kp= 4.81 = (x)(0.50+x)/ 0.120-x
x = 0.925 da cui pCO= 0.50 + 0.925 = 1.42 atm ; pCl2= 0.925 atm e pCOCl2= 1.20 – 0.925 = 0.280 atm