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 K_c per l’equilibrio A + B = C + D e prevedere le nuove concentrazioni  se vengono aggiunte 2.80 · 10^-3 M di A.

K_c = 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 K_c 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 K_p = 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.

K_p = 4.81 = (x)(x)/ 1.20-x

Risolvendo rispetto a x si ha x = 0.994

Da cui p_CO= p_Cl2 = 0.994 atm e p_COCl2= 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 K_p si ha :

K_p= 4.81 = (x)(0.50+x)/ 0.120-x

x = 0.925 da cui p_CO= 0.50 + 0.925 = 1.42 atm ; p_Cl2= 0.925 atm e p_COCl2= 1.20 – 0.925 = 0.280 atm