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Equilibrio chimico

Una reazione chimica si dice completa quando i reagenti si trasformano completamente nei prodotti. Per esempio, nella reazione:

Zn + H₂SO₄ -> ZnSO₄ + H₂

lo Zinco (Zn) e l’acido solforico (H₂SO₄) reagiscono per dare solfato di Zinco (ZnSO₄) e Idrogeno (H₂) e la reazione va avanti fino all’esaurimento di uno dei due reagenti o di entrambi se sono in rapporti stechiometrici; in altri termini si dice che tale reazione è completamente spostata verso destra, cioè verso i prodotti, o che è irreversibile cioè può avvenire solo in un senso.

Equilibrio Chimico

Molte reazioni, in date condizioni, risultano incomplete, cioè non giungono a completamento perché i prodotti che si formano reagiscono fra di loro riformando i prodotti di partenza, sono dette reazioni reversibili cioè avvengono in entrambi i sensi. La reazione incompleta procede fino a raggiungere l’equilibrio, indicato dalla doppia freccia (vedere foto) nell’equazione di reazione.

Equilibrio Chimico

Si definisce equilibrio chimico la condizione dinamica raggiunta da una reazione reversibile, quando la reazione diretta (da sinistra a destra) e la reazione inversa (da dx a sx) avvengono contemporaneamente e con la stessa velocità, cioè, nell’unità di tempo, la quantità di reagenti che si trasformano in prodotti è uguale alla quantità di prodotti che si trasformano nei reagenti.

Costante di equilibrio

Confronto tra la situazione iniziale, 1, e la situazione in cui si raggiunge l’equilibrio, 2, in una reazione chimica

Legge dell’equilibrio chimico o dell’azione di massa

Questa relazione esprime la legge dell’equilibrio chimico o legge dell’azione di massa, formulata nel 1864 dai chimici norvegesi W. Guldberg e P. Waage. Tale legge può essere così enunciata:

In un sistema chimico all’equilibrio, a una data temperatura costante, il rapporto fra il prodotto delle concentrazioni delle sostanze ottenute e il prodotto delle concentrazioni delle sostanze reagenti, ciascuna elevata a un esponente corrispondente al proprio coefficiente stechiometrico, è una costante.

La legge dell’equlibrio nel caso di una reazione in fase gassosa

Reazioni chimiche e relative costanti di equilibrio, K_c, a diverse temperature

Equilibrio Chimico

Costante di equilibrio

Per una reazione reversibile, le concentrazioni iniziali delle specie che partecipano all’equilibrio e il valore della costante determinano se la reazione evolve verso destra o verso sinistra.

Costante di equilibrio

Equilibrio Chimico

In figura i fattori che influenzano una reazione all’equilibrio.

Il variare di questi fattori provoca conseguenze diverse prevedibili in base al principio di Le Châtelier-Brown o dell’equilibrio mobile. “Quando un sistema dell’equilibrio è perturbato, l’equilibrio si sposterà in modo tale da controbilanciare l’effetto dovuto alla perturbazione e ristabilire un nuovo equilibrio“.

Fattori di natura chimica

Le concentrazioni di reagenti e prodotti, in base alla legge di azione di massa, influenzano la posizione dell’equilibrio: per esempio, un eccesso di anche uno solo di reagenti, o di uno solo dei prodotti, sposta l’equilibrio verso destra o, rispettivamente, verso sinistra.