analisiMedI-orioli(cap3) 1

IL PRINCIPIO DI LE CHATELIERIL PRINCIPIO DI LE CHATELIER

Consideriamo il seguente sistema all’equilibrio:

3H2(g) + N2(g) 2NH3(g)

con

cen

trazi

on

i

tempo

HH22

NHNH33

NN22

t1

equilibrio equilibrio

t2

equilibrio

Aggiunto HAggiunto H22 Sottrata NHSottrata NH33

KcKc

analisiMedI-orioli(cap3) 2

Se riduciamo la concentrazione di C:

• la velocità della reazione C+D A+B sarà ridottaridotta dato il minor numero di molecole di C disponibili a reagire con le molecole di D

• la velocità della reazione A+B C+D non risulta tuttavia modificata

• il sistema è sbilanciato dato che la velocità delle due reazioni risulta differente

• dopo un certo periodo t avremo una nuova condizione di equilibrio ( ) caratterizzata da una concentrazione inferiore delle specie A e B e da una concentrazione maggiore del prodotto D

analisiMedI-orioli(cap3) 3

Nel 1888, Henri Louis Le Chatelier per primo descrisse questo fenomeno con il seguente principio:

““Quando ad un sistema all’equilibrio è indotto un cambiamento Quando ad un sistema all’equilibrio è indotto un cambiamento (es. nella concentrazione), il sistema risponde inducendo una (es. nella concentrazione), il sistema risponde inducendo una nuova condizione di equilibrio tale da minimizzare il cambiamento nuova condizione di equilibrio tale da minimizzare il cambiamento imposto”imposto”

Il valore della costante di equilibrio rimane

invariata,

ma variano le concentrazioni relative delle specie

analisiMedI-orioli(cap3) 4

In un sistema all’equilibrio, le quantità relative dei prodotti e dei reagenti sono influenzate

aggiungendo o sottraendo un reagente od un prodotto

3H2(g) + N2 (g) 2NH3 (g)

[H2] Keq = [NH3]2 / [H2]3[N2]

analisiMedI-orioli(cap3) 5

Se il valore della costante è noto, è possibile calcolare la Se il valore della costante è noto, è possibile calcolare la concentrazione di tutte le specie presenti nel sistema concentrazione di tutte le specie presenti nel sistema all’equilibrio.all’equilibrio.

Consideriamo come es. la decomposizione, per via termica (250°C), di PCl5:

PCl5 PCl3 + Cl2 Ksperim = 0.0415

K = [PCl3] [Cl2] / [PCl5] = 0.0415 Quantità iniziale di PCl5 = 1.5 mol/L

PCl5 PCl3 + Cl2

Qtà iniziale (M): 1.5 0 0

Qtà reagita/formata (M): -x x x

Qtà all’equilibrio (M): 1.5-x x x

analisiMedI-orioli(cap3) 6

K = [PCl3] [Cl2] / [PCl5] = x2 / (1.5 – x) = 0.0415

x2 = 0.0415 (1.5 – x)

x2 = 0.06255 – 0.0415x

x2 + 0.0415x - 0.06255 = 0

x1 = 0.2296 x2 = -0.2711

Quindi le concentrazioni all’equilibrio saranno:[PCl5 ] = 1.5 – 0.2296 = 1.27 M

[Cl2 ] = 0.2296 0.23 M [PCl3 ] = 0.2296 0.23 M

analisiMedI-orioli(cap3) 7

Determinando sperimentalmente la concentrazione dei Determinando sperimentalmente la concentrazione dei prodotti e dei reagenti all’equilibrio, è possibile ricavare prodotti e dei reagenti all’equilibrio, è possibile ricavare il valore di K:il valore di K:

2HI(g) H2 (g) + I2 (g)

[HI]iniziale = 1 mole/L [I2]equilibrio = 0.125 moli/L

2HI H2 + I2

Qtà iniziale (M): 1 0 0

Qtà reagita/formata (M): -2(0.125) 0.125 0.125

Qtà all’equilibrio (M): 0.75 0.125 0.125

K = [H2][I2] / [HI]2 = (0.125)(0.125) / (0.75)2 = 0.028

analisiMedI-orioli(cap3) 8

H2 (g) + I2 (g) 2HI(g)

Calcolare la concentrazione dei gas all’equilibrioCalcolare la concentrazione dei gas all’equilibrioAl tempo 0: •Volume = 5.25L• H2 = 0.800 moli• I2 = 0.500 moli1. Calcolare le concentrazioni iniziali di gas

[H2] = 0.800 moli / 5.25 L = 0.152 M

[I2] = 0.500 moli / 5.25 L = 0.0952 M

[HI] = 0

H2 + I2 2HI

Qtà iniziale (M): 0.152 0.0952 0

Qtà reagita/formata (M): -x -x +2x

Qtà all’equilibrio (M): 0.152-x 0.0952-x 2x

analisiMedI-orioli(cap3) 9

K = [HI]2 / [H2][I2] = 54.3

[2x]2 / [0.152-x][0.0952-x] = 54.3

4x2 = 54.3 x (0.152 – x) (0.0952 – x)

50.3x2 – 13.4 x + 0.787 = 0

……………

……………x1 = -0.179 x2 = +0.0874

[H2] = 0.152 – 0.0874 = 0.065 M

[I2] = 0.0952 – 0.0874 = 0.0078 M

[HI] = 2 x 0.0874 = 0.175 M

analisiMedI-orioli(cap3) 10

Calcolare la concentrazione di ioni CN- in una soluzione Calcolare la concentrazione di ioni CN- in una soluzione 0.10 M di HCN0.10 M di HCN

Dato che HCN è un elettrolita debole:

HCN + H2O H3O+ + CN-

Ka = 4.0 x 10-10 = [H3O+ ][CN-] / [HCN]

[H3O+ ] = [CN-] = x [HCN] = 0.10 - x

Ka = 4.0 x 10-10 = (x) (x) / 0.10 - x

[HCN] = 0.10 – x 0.104.0 x 10-10 = x2 / 0.10 x = 6.3 x 10x = 6.3 x 10-6-6 = [CN = [CN--]]

0.1 >>> 6.3 x 100.1 >>> 6.3 x 10-6-6

analisiMedI-orioli(cap3) 11

Si consideri l’elettrolita debole MXSi consideri l’elettrolita debole MX2 2 : in una soluzione : in una soluzione acquosa di MXacquosa di MX22 (0.1 M), solo una quota pari all’1.5% del (0.1 M), solo una quota pari all’1.5% del composto è presente in forma ionizzata (volume soluzione composto è presente in forma ionizzata (volume soluzione 1L).1L).

Calcolare la costante di ionizzazioneCalcolare la costante di ionizzazione MX2 M2+ + 2X-

K = [MK = [M2+ 2+ ][X][X--]]22 / [MX / [MX22]]

[MX2] = 0.1 M = 0.1 mole / L

Dato che 1.5% di MX2 è in forma ionizzata:

1.5 x 0.1 / 100 = 0.0015 (moli M2+)

moli di X- = 2 (0.0015) = 0.0030 moli Volume soluzione = 1L

[M2+ ] = 1.5 x 10-3 M [X- ] = 3 x 10-3 M

analisiMedI-orioli(cap3) 12

La concentrazione di MX2 in forma NON IONIZZATA:

[MX2] = 0.1 – 0.0015 0.1

K = (1.5 X 10K = (1.5 X 10-3-3) (3.0 X 10) (3.0 X 10-3-3))22 / (0.10) = 1.35 X 10 / (0.10) = 1.35 X 10-7-7

analisiMedI-orioli(cap3) 13

Nel 1888, Henri Louis Le Chatelier per primo descrisse questo fenomeno con il seguente principio:

““Quando ad un sistema all’equilibrio è indotto un cambiamento Quando ad un sistema all’equilibrio è indotto un cambiamento (es. nella concentrazione), il sistema risponde inducendo una (es. nella concentrazione), il sistema risponde inducendo una nuova condizione di equilibrio tale da minimizzare il cambiamento nuova condizione di equilibrio tale da minimizzare il cambiamento imposto”imposto”

Variazioni di temperatura, volume (reazioni in fase gas)…

analisiMedI-orioli(cap3) 14

Considerare il seguente sistema: Considerare il seguente sistema:

HH22(g) + Br(g) + Br22(g) 2HBr(g)(g) 2HBr(g)

Come varia la concentrazione all’equilibrio di HBr se

la temperatura viene aumentata

viene aggiunto un catalizzatore

Br2 viene aggiunto al sistema

HBr viene aggiunto al sistema