Equilibri-chimici versione 2013
Download
Report
Transcript Equilibri-chimici versione 2013
Equilibri chimici
Classi quarte/quinte
Liceo Scientifico Tecnologico
Reazioni irreversibili
Le reazioni chimiche sono classificate in
Le reazioni irreversibili sono reazioni che procedono
fino al consumo totale di almeno uno dei reagenti e
da cui non è più possibile riottenerli
reversibili
Irreversibili
A + B C + D (una sola freccia)
Quali sono?
Reazioni irreversibili vere e proprie
Reazioni dove almeno uno dei prodotti si sottrae
all’equilibrio
Reazioni reversibili
Le reazioni reversibili sono reazioni che procedono
fino al raggiungimento di una situazione di equilibrio
(equilibri chimici)
A + B C + D (doppia freccia)
Cosa succede in un equilibrio chimico?
Reagenti e prodotti non scompaiono del tutto, tutte le
specie chimiche sono presenti all’equilibrio
La concentrazione di ciascuna specie rimane costante nel
tempo
L’equilibrio si raggiunge dopo un certo tempo
Non è detto che le concentrazioni dei reagenti e dei
prodotti siano uguali
Alcuni diagrammi (RP)
C
C
[P]
[R]
RP
RP
[R]
Reazione spostata
verso destra
[P]
t
te
t
te
Reazione spostata
verso sinistra
C
[R]
[P]
te
t
Equilibrio dinamico
L’equilibrio chimico è un equilibrio dinamico
Reagenti e prodotti si combinano costantemente
per trasformarsi ma lo fanno con velocità uguali
La velocità diretta è identica alla velocità inversa
[vd]eq = [vi]eq
Questa relazione è valida solo all’equilibrio
Variazione delle velocità
Le due velocità si
eguagliano solo
dopo un certo tempo
Il sistema chimico, in
genere, non
raggiunge
istantaneamente
l’equilibrio (sistema
reale)
Vd = Vi
v
vd
vi
t
te
Equazione di velocità o di Arrhenius
Per una reazione generica aA+bBcC+dD
La curva v/t può essere rappresentata dalla
funzione
Vd = kd . [A]a . [B]b
Dove k è la costante cinetica della reazione
[A] è la concentrazione molare della specie A
[B] è la concentrazione molare della specie B
a + b rappresentano l’ordine della reazione o la
molecolarità
Non è detto che coincidano con i coefficienti stechiometrici
La molecolarità (ordine) della reazione dipende solo dallo
stadio più lento (numero di molecole coinvolte in quello
stadio)
Velocità inversa
Per la reazione inversa (nelle reazioni reversibili)
vale
k A e
Ea
RT
Vi = ki . [C]c . [D]d
Le due costanti cinetiche si possono esprimere
come sopra, dove
A fattore pre-esponenziale che tiene conto anche dei
fattori sterici della reazione
R è la costante dei gas
T è la temperatura assoluta
Ea è l’energia di attivazione
Quindi all’equilibrio…
C D
Ke
a
b
A B
c
Se [vd]eq = [vi]eq
Possiamo sostituire con le equazioni di velocità
ipotizzando che la reazione avvenga in un unico
stadio
kd . [A]a . [B]b = ki . [C]c . [D]d
Raggruppando costanti e concentrazioni si ottiene
la seguente relazione denominata “Legge d’azione
di massa”
kd C D
K eq
a
b
ki A B
c
d
d
Dipendenza dalla temperatura
La costante di equilibrio dipende dalla
temperatura in un modo più complesso
rispetto alla velocità
La costante di equilibrio può aumentare o
diminuire con l’aumento della temperatura a
seconda del tipo “termodinamico” di reazione
Le reazioni esotermiche sono favorite dalla
diminuzione della temperatura
Le reazioni endotermiche sono favorite
dall’incremento della temperatura
Concentrazione dei reagenti
Esperienza sugli equilibri
Obiettivi
Osservare l’esistenza delle reazioni reversibili
(equilibri chimici)
Osservare la dipendenza degli equilibri dalla
concentrazione dei reagenti/prodotti
Osservare la dipendenza degli equilibri dalla
temperatura
Interpretazione dell’esperienza
Ricordarsi che si osserva solo lo spostamento
dell’equilibrio e non una variazione della Ke
Utilizzando il principio di Le Chatelier si può
ipotizzare il tipo di bilancio termico della reazione
(eso/endotermica)
Con le stesse premesse si può spiegare/prevedere il
comportamento del sistema chimico nel caso di
variazioni di concentrazione
Da un punto rigorosamente matematico si può
anche utilizzare la legge d’azione di massa
Legge d’azione di massa
C D
Ke
a
b
A B
c
CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O
CHC3OONa H 2O
Ke
CH 3COOH NaOH
d
Equilibri di Sali poco solubili
Solubilità e analisi precipitometriche
Equilibri in fase eterogenea
Almeno uno dei partecipanti alla reazione si trova in
una fase diversa dagli altri
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)
Kc = [CO2] . [CaO]/[CaCO3]
Nel caso di Sali poco solubili abbiamo
E la Kc sarà:
AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq)
Kc = [Ag+] . [Cl-]/[AgCl]
La concentrazione del cloruro d’argento è costante
in quanto solido e può essere inglobata nella Kc che
diventa:
Kps = [Ag+] . [Cl-]
PRODOTTO DI SOLUBILITÀ
Legame tra Kps e solubilità
KPS è chiamato prodotto di solubilità; essendo
derivato da una K di equilibrio, è anch'esso una
costante (termodinamica), a T costante, purché sia
presente il sale come corpo di fondo (altrimenti non
potremmo conglobare la sua concentrazione nella
costante).
KPS è strettamente legato alla solubilità s del sale
(ricordiamo che solubilità rappresenta la quantità
massima del sale che può essere sciolta in una data
quantità di solvente a una certa T).
Prodotto di solubilità
Equilibri di dissociazione di Sali
Dissociazione di sali poco o per niente
solubili (insolubili)
AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq)
Il cloruro d’argento è un sale poco solubile e
il suo equilibrio dissociativo in acqua è
spostato verso sinistra
La sua Kps = 1,2 x 10-10 (mol/L)2
Costante di equilibrio per Sali poco
solubili
AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq)
Keq = [Ag+].[Cl-]/[AgCl]
Poiché il cloruro d’argento è in fase solida
non può essere presente nella legge d’azione
di massa in termini di concentrazione. Allora
Keq = [Ag+].[Cl-] = Kps
Anche il prodotto di solubilità dipende dalla
temperatura ed è una costante a temperatura
costante
Utilità e calcoli
La Kps permette di descrivere l’equilibrio di
dissociazione di un sale poco solubile
Permette di calcolare la concentrazione delle specie
ioniche disciolte
Permette di calcolare la solubilità di un sale
Come impostare i calcoli
Si parte sempre dalla equazione dissociativa bilanciata
Si utilizza l’espressione della Kps sostituendo le
concentrazioni ioniche con una incognita
Si risolve l’espressione algebrica ottenuta
Fluoruro di Calcio (CaF2)
CaF2(s) Ca2+(aq) + 2F-(aq)
Poniamo [Ca2+] = x
Quindi [F-] = 2x
Ora si scrive la Kps = [Ca2+].[F-]2
Possiamo sostituire con le incognite e il
valore del prodotto di solubilità del fluoruro di
calcio
x.(2x)2 = 3,2.10-11 = 4x3
x = 3√ [(3,2.10-11)/4] = 0,0002 = 2,0 . 10-4 mol/L = [Ca2+]
[F-] = 2 . 2,0 . 10-4 mol/L = 4,0 . 10-4 mol/L
Solubilità di un sale
Per conoscere la solubilità del floruro di
calcio espressa generalmente in g/L si dovrà
moltiplicare per la massa molecolare
m.m.CaF2 = 40 + 2x19 = 78 g/mol
[CaF2] = 2,0 . 10-4 mol/L . 78 g/mol = 1,56 . 10-2
g/L
Esercizi (pg 128 n. 23, 24, 25, 26, 27, 28)
Es n° 26: calcolare il prodotto di solubilità del
PbSO4 sapendo che la sua solubilità è 4,18 .
10-2 g/L
m.m. = 303 g/mol
4,18 . 10-2 g/L / 303 g/mol= 1,4 . 10-4 mol/L
PbSO4(s) Pb2+(aq) + SO42-(aq)
x = √Kps
Kps = x2 = (1,4 . 10-4)2 = 1,96 . 10-8
Effetto dello ione in comune
Kps = [Ag+].[Cl-]
Il principio dell’equilibrio mobile vale anche
per i prodotti di solubilità
Se in una soluzione di Ag+ ottenuta con un
sale molto solubile aggiungo una soluzione di
un sale solubile che contiene Cl
AgNO3 + NaCl AgCl + Na+ + NO3-
Scala del pH
Il simbolo “p” significa –log10
Quindi pH significa –log[H+] (logaritmo
cambiato di segno della concentrazione dello
ione H+ espresso in mol/L
[H+] = 2,5 M il pH = -0,40
[H+] = 0,001 M (10-3) il pH = 3
[H+] = 0,0005 M (5,0 . 10-4) il pH = -0,7+4 = 3,3
Il pH è una scala logaritmica
Relazione con
[OH ]
Kw = 10-14 = [H+] . [OH-]
pKw = 14 = pH + pOH
pH = 14 14 + 0
pH = 3 pOH = 11 [OH-] = 10-11 mol/L
H2O H+ + OH2H2O H3O+ + OH
Equilibrio di autoprotolisi dell’acqua
Titolazioni di precipitazione
Titolazione dei Cloruri con il metodo di Mohr
Il punto di fine titolazione è rivelato dalla
comparsa della colorazione rosso-mattone del
Cromato d’Argento (Ag2CrO4)
La soluzione titolante è di nitrato d’argento
(AgNO3) 0,1 M
Al punto di equivalenza possiamo sempre dire che
moliAgNO3 = moliCl-
moliAgNO3 moliCl
Impostare i calcoli
Calcolare le moli
di titolante
Molarità del
titolante
Volume di
titolante
nmoli M V ( L) 0,1 6,6 103 6,6 104 mol
Sono uguali alle
moli di titolato
molCl 6,6 104 mol
Fare riferimento
ad 1L di
campione
mol
M 6,6 10 10 6,6 10
L
Moltiplicare per
la Massa
atomica del cloro
S 6,6 10 3
4
3
mol
g
mg
35,45
233,97
L
mol
L