Definizione di velocità di reazione ed equilibrio chimico

Tutto reazione chimica ha una certa spontaneità nei suoi confronti Bilancia, e per indagarlo lo facciamo attraverso il segno di ∆G, Energia Gibbs free, il che implica che, attraverso il valore di questa grandezza, possiamo prevedere se una reazione avverrà in un certo senso o meno.

La variazione della Gibbs Free Energy si esprime, in generale, in condizioni standard come differenza tra le energie dei prodotti e dei reagenti anche allo stato standard:

Considerando che, se la reazione avviene in condizioni non standard, la relazione tra ∆Gº e ∆G è determinata dal seguente espressione:

dove Q è il quoziente di reazione.

Per comprendere le implicazioni del velocità di reazione e l'equilibrio chimico dobbiamo studiare il segno di ∆G:

Se ∆G è negativo, implica che la reazione è spontanea (si verifica) in senso diretto.

Se ∆G è positivo, implica che la reazione non è spontanea (non avviene) in senso diretto.

Se invece ∆G = 0, non vi sarà variazione, essendo il sistema in equilibrio, e come già detto, il velocità La velocità di reazione diretta è uguale alla velocità di reazione indiretta. Ciò implica che il quoziente di reazione Q è uguale alla costante di equilibrio K, quindi non c'è tendenza a favorire una specifica direzione della reazione.

Poiché Q è definito come:

Per una reazione generica:

Mentre K assume la stessa forma, ma con le concentrazioni in equilibrio.

Se torniamo al caso in cui ∆G è negativo, questo implica che il quoziente di reazione Q è minore di K (costante di equilibrio), implica che le concentrazioni del prodotto sono inferiori a quelle che dovrebbero essere se la reazione fosse in Bilancia. Pertanto, in termini di spontaneità, diventa spontaneo in senso diretto.

Se invece ∆G è positivo, si avrà una preponderanza di prodotti superiori a quelli che dovrebbero esistere se il sistema fosse in equilibrio, con Q maggiore di K. Pertanto, la reazione è spontanea nella direzione inversa.

Si precisa che la definizione rigorosa di Q e K è data in termini di attività dei prodotti e dei reagenti, definendo l'attività in termini di concentrazione o pressioni come:

Oh bene:

Da ciò segue che sia Q che K sono adimensionali e possono essere aumentati sia in concentrazione che in pressioni parziali.

Quando le concentrazioni o le pressioni parziali dei prodotti e dei reagenti sono mantenute costanti nel tempo, si verifica la situazione equilibrio chimico, in quanto si raggiunge una situazione di equilibrio dinamico perché la velocità di reazione diretta e inversa con identico. È importante evidenziare la dinamicità degli equilibri, la velocità con cui si formano e consumare prodotti e reagenti è lo stesso, ecco perché le concentrazioni o le pressioni parziali non lo fanno varia.

Se la condizione si allontana dalla situazione di equilibrio, alcune specie prevarranno su altre e da qui nasce l'espressione che mette in relazione la velocità di reazione diretta e inversa, Kc:

Supponiamo la reazione vista sopra:

Dove Kd e Ki sono le costanti della velocità di reazione rispettivamente nella direzione avanti o indietro.

Anche in questo caso, se Kc> 1, implica che Ki è minore di Kd, quindi c'è un alto grado di conversione dei prodotti in reagenti. In questo caso, l'equilibrio è spostato verso i prodotti.

Si verifica il contrario se Kc <1, il che implica che la velocità di reazione diretta è inferiore alla velocità di reazione indiretta e c'è poco consumo dei reagenti, l'equilibrio è spostato verso i reagenti. Se invece Kc = 1 le velocità sono uguali e il sistema è in equilibrio. È importante definire due questioni: in primo luogo, il valore di questa costante dipende esclusivamente dal temperatura e, a sua volta, varia a seconda della grandezza usata per esprimere le concentrazioni o pressioni di prodotti e reagenti. Infine, il legge L'equilibrio chimico si regola per diluire soluzioni o gas a bassa pressione.

Argomenti sulla velocità di reazione e sull'equilibrio chimico