H2(g) + I2(g) = 2 HI(g)
a) Il sistema è all’equilibrio? b) Se non lo è, dire in quale direzione si sposta e calcolare le pressioni parziali all’equilibrio. c) Se venisse aumentato il volume del contenitore, mantenendo la temperatura costante, l'equilibrio in che verso si sposta? La ringrazio, cordiali saluti. Ecco l’aiuto: Nelle reazioni in fase gassosa la costante di equilibrio può essere espressa in funzione delle pressioni parziali dei gas, anziché delle concentrazioni, e la si indica con Kp; ciò che resta costante è il rapporto tra il prodotto delle pressioni parziali all’equilibrio dei prodotti e il prodotto delle pressioni parziali all’equilibrio dei reagenti, elevate ciascuna al proprio coefficiente stechiometrico. Applicando tale legge alla reazione H2(g) + I2(g) = 2 HI(g), si ottiene la seguente espressione:Kp = (pHI)2/(pH2 · pI2)
Il rapporto definito dalla legge dell’azione di massa è chiamato quoziente di reazione, e lo si indica con Q; il suo valore corrisponde a quello della costante di equilibrio soltanto quando le concentrazioni o le pressioni delle specie coinvolte sono quelle che si registrano all’equilibrio. In altre parole, il quoziente di reazione (Qp) (pHI)2/(pH2 · pI2) vale 54,3 soltanto quando la reazione ha raggiunto l’equilibrio e le pressioni parziali di H2, I2 e HI non cambiano più; prima di raggiungere lo stato di equilibrio, però, le pressioni variano nel tempo, i loro valori sono diversi da quelli all’equilibrio e il valore del quoziente di reazione non corrisponde a Kp, cioè è più grande o più piccolo di Kp. Se Q < K, prevale la reazione diretta e aumenta nel tempo la concentrazione dei prodotti; se Q > K, prevale la reazione inversa e aumenta nel tempo la concentrazione dei reagenti. Per rispondere ai primi due quesiti basta quindi calcolare il quoziente Qp di reazione e confrontare il valore ottenuto con quello della Kp. Il calcolo è questo:Qp = (pHI)2/(pH2 · pI2) = 1,29152/(0,359×0,2387) = 19,5
Poiché il valore di Qp è inferiore al valore della costante Kp, che è 54,3, la reazione non è all’equilibrio; per raggiungerlo, altro reagente deve trasformarsi in prodotto, così che nel quoziente di reazione aumenta il valore del numeratore, diminuisce quello del denominatore e il valore di Qp aumenta sino a eguagliare quello della Kp. Alle condizioni iniziali prevale quindi la reazione diretta su quella inversa e aumenta nel tempo la pressione parziale di HI mentre diminuisce quella di idrogeno e iodio. Per calcolare le pressioni parziali all’equilibrio è necessario ricordare che, se la temperatura resta costante, il valore della Kp non cambia. Se, poi, si indica con x la diminuzione della pressione parziale di H2, vale x anche la diminuzione della pressione parziale di I2 (rapporto molare di reazione H2 : I2 = 1 : 1) mentre vale 2x l’aumento della pressione parziale di HI (rapporto molare di reazione H2 : HI = 1 : 2). Esprimendo le pressioni parziali all’equilibrio in funzione dell’incognita e sostituendo tali espressioni nella relazione della Kp si ottiene un’equazione da cui è possibile calcolare il valore dell’incognita. Indicazioni e calcoli sono questi:p equilibrio H2 = piniziale H2 - x = (0,359 – x) atm p equilibrio I2 = piniziale I2 - x = (0,2387 – x) atm
p equilibrio HI = piniziale HI + 2 x = (1,2915 + 2 x) atm
Kp = (pHI)2/(pH2 · pI2) = (1,2915 + 2 x)2/[(0,359 – x)·(0,2387 – x)] = 54,3
50,3 x2 – 37,62 x + 2,985 = 0
x1 = 0,0902 x2 = 0,6577 (non accettabile)
p equilibrio H2 = (0,359 – 0,0902) = 0,269 atm p equilibrio I2 = (0,2387 – 0,0902) = 0,1485 atm
p equilibrio HI = (1,2915 + 2×0,0902) = 1,4719 atm
In merito all’ultima domanda, tieni presente che un aumento di volume del sistema provoca una diminuzione delle pressioni parziali, ma la composizione di un sistema gassoso all’equilibrio può essere modificata da una variazione della pressione soltanto se la reazione avviene con aumento o diminuzione del numero di moli gassose. Infatti, se, per esempio, si raddoppiasse a temperatura costante il volume del recipiente di reazione, azione che causerebbe il dimezzamento delle pressioni parziali sia dei reagenti sia dei prodotti, il rapporto(pHI/2)2 / [(pCl2/2)·(pH2/2)]
manterrebbe lo stesso valore della costante di equilibrio. Il sistema, in altre parole, è come se non venisse modificato. È tutto chiaro? Cari saluti anche a te.