L'equilibrio chimico descrive lo "stato stazionario" di una reazione reversibile, in cui i reagenti si trasformano nei prodotti e viceversa con la stessa velocità.
I chimici caratterizzano questo stato usando il equilibrio costante, Kp, e puoi usare l'espressione completa per questa costante per determinare la pressione di equilibrio sia per i reagenti che per i prodotti. Il processo richiede un po' di algebra, ma alla fine ottieni un'equazione semplice che puoi usare per trovare la pressione di equilibrio per la tua reazione.
La costante di equilibrio
Il processo per trovare la pressione di equilibrio dipende fortemente da come i chimici descrivono uno stato di equilibrio per una reazione. Per una generica reazione in fase gassosa:
La formula generale per la costante di equilibrio è:
qui, il P_s si riferiscono alle pressioni parziali dei gas A, B, C e D (indicate dai pedici). Puoi ricordare facilmente questa formula come "prodotti su reagenti", ma questa semplice forma è valida solo se ciascuno dei componenti della reazione ha 1 come coefficiente stechiometrico (_a
, b, c e d nell'equazione precedente). Ricorda che questa formula è valida solo all'equilibrio.In alcuni casi, potresti vedere la costante di equilibrio chiamata Kc, e la relativa equazione scritta in termini di concentrazioni molari, e la relazione tra queste due è:
In questa formula,n è la variazione del numero di moli di gas dai reagenti ai prodotti.
Riorganizzare l'equazione
La chiave per risolvere questa equazione per trovare la pressione di equilibrio è introdurre la quantità X, che corrisponde alla variazione dalle pressioni iniziali alla pressione di equilibrio. Immagina di conoscere la pressione dei reagenti ma di non sapere quale sarà all'equilibrio. In tal caso, puoi semplicemente scrivere ciascuna pressione di equilibrio come (pressione iniziale = X).
Poiché i prodotti in questo caso iniziano con una pressione parziale pari a 0 (perché non presenti), la loro pressione di equilibrio sarà pari a X. A condizione che tu conosca anche la costante di equilibrio stessa, puoi usare queste informazioni per trovare le pressioni parziali che non conosci.
Chiama la pressione iniziale Pio e si noti che entrambi i reagenti devono essere alla stessa pressione. Inoltre, per semplificare l'equazione questo sarà scritto con il coefficientiun, b, c e d come uguale a 1. Quindi puoi scrivere l'equazione come:
Riorganizzando questa equazione per X ti permette di trovare la differenza tra la pressione iniziale e la pressione di equilibrio per i tuoi reagenti, e anche il valore per i prodotti. Dopo aver preso la radice quadrata di entrambi i membri, moltiplicando per il denominatore della frazione e riordinando un po' di più, l'equazione per X è:
Questa diventa una formula di pressione parziale di equilibrio quando noti che la pressione di equilibrio dei tuoi reagenti è Pio – X, e per i tuoi prodotti è semplicemente X.
Calcola pressione di equilibrio Equi
Lavorare su un esempio cementerà l'approccio e ti aiuterà a familiarizzare con l'uso dell'equazione. Considera la reazione utilizzata per produrre clorometano:
Con Kp = 5,900. I reagenti hanno una pressione iniziale (in atmosfere, atm) di Pio = 0,75 atm. Inserisci questi valori nella formula ed esegui i calcoli per trovare le pressioni parziali:
Questo è il valore per le pressioni di equilibrio dei prodotti, e per i reagenti, tutto ciò che devi fare è sottrarre questo dal valore iniziale Pio per trovare il risultato. Qui, 0,75 atm – 0,74 atm = 0,01 atm.