Gli esercizi sull’equilibrio chimico sono molto frequenti nei compiti in classe alle scuole superiori e nel test di accesso a medicina e odontoiatria, veterinaria, professioni sanitarie.
Per questo motivo, oggi ti proponiamo un approfondimento sull’argomento. Nell’articolo, trovi alcuni esercizi sull’equilibrio chimico svolti in tutti i passaggi e la teoria su cos’è l’equilibrio chimico.
In più, la videolezione con gli esercizi sull’equilibrio chimico del nostro tutor di chimica, Alessandro Papa.
Che cos’è l’equilibrio chimico
In una generica reazione chimica sono coinvolti due reagenti, A e B, che se reagiscono completamente si trasformano interamente in prodotti, C e D.
L’equazione chimica della reazione completa è:
aA + bB → cC + dD
dove le lettere minuscole indicano il coefficiente stechiometrico, le lettere maiuscole i reagenti e i prodotti, mentre la freccia in un solo verso significa che la reazione va in un’unica direzione, dai reagenti ai prodotti.
Non sai o non ricordi cosa sia il coefficiente stechiometrico? Leggi Come bilanciare le reazioni chimiche.
Tuttavia, può capitare che i reagenti non si trasformino completamente in prodotti. In questo tipo di reazioni, dette reazioni reversibili, i prodotti appena formati interagiscono per formare nuovamente i reagenti. Pertanto, l’equazione chimica diventerà:
aA + bB ⇋ cC + dD
dove il doppio verso della freccia indica che la reazione va dai reagenti ai prodotti, reazione diretta, e viceversa, con C e D che interagiscono per formare A e B, reazione inversa.
A questo punto, fai molta attenzione. Le reazioni chimiche avvengono a una data velocità che dipende dalla concentrazione. Nel caso di reazione reversibili, cioè quelle che procedono sia in direzione diretta che inversa, esse raggiungeranno una condizione di equilibrio quando la velocità con la quale procedono risulterà uguale.
Questa situazione da un punto di vista macroscopico sembra portare a una stasi della reazione. In realtà, da un punto di vista molecolare le reazioni continuano a esserci ma con uguale velocità. Infatti, l’equilibrio chimico è un equilibrio dinamico.
Quindi, all’equilibrio la velocità netta è nulla e si ricava una costante di equilibrio chimica, Keq.
Per la reazione generica all’equilibrio, aA + bB ⇋ cC + dD:
Keq = [C]c·[D]d/ [A]a· [B]b
Da cui, la definizione di costante di equilibrio chimica è:
La costante di equilibrio è data dal rapporto tra le concentrazioni dei prodotti e dei reagenti, elevate ai loro coefficienti stechiometrici e indica per quale valore di questo rapporto la reazione è in equilibrio.
Infine, ricorda che in base al principio di Le Châtelier, quando un sistema è influenzato da un fattore esterno, il sistema reagisce cercando di diminuire gli effetti prodotti da tale fattore perturbante. Nel caso di una reazione chimica, se l’equilibrio viene alterato da un fattore esterno, il sistema reagisce per ripristinare delle nuove condizioni di equilibrio.
I fattori che incidono sull’equilibrio chimico possono essere delle variazioni di:
- concentrazione di reagenti o prodotti
- pressione totale
- temperatura
- pH
Esercizi equilibrio chimico
A 25°C, abbiamo la reazione N2O4 (g) ⇋ 2NO2 (g).
I gas presenti all’interno di un contenitore da 5 L sono 15,28 g di N2O4 e 3,12 g di NO2.
Qual è il valore della costante di equilibrio Keq?
Risoluzione:
1) Trovare la concentrazione molare (M) dei reagenti e dei prodotti, cioè le moli presenti in un litro (mol/L = M): per il passaggio da grammi a moli è necessario fare la divisione tra i grammi di reagente, o prodotto, e la massa molare dello stesso. Quindi:
mol di N2O4 = 15,28 g / 92,01 g/mol = 0,17 mol
mol di NO2 = 3,12 g / 46,01 g/mol = 0,07 mol
[N2O4] = 0,17 mol/5 L = 0,034 M = 3,4 · 10-2 M
[NO2] = 0,07 mol/ 5 L = 0,014 M = 1,4 · 10-2 M
Le concentrazioni in notazione scientifica semplificano il calcolo.
2) Calcolare la costante di equilibrio Keq alla temperatura di T= 25°C:
Keq = [NO2]2/ [N2O4] = 1,96 · 10-4/ 3,4 · 10-2 = 0,58 · 10-2
Il risultato può discostare da quello da te trovato per via delle approssimazioni nei calcoli.
Hai bisogno di esercitarti ancora? Guarda la videolezione con altri esercizi sull’equilibrio chimico con soluzioni svolti del nostro tutor di chimica, per imparare a risolvere nel modo giusto questi esercizi molto richiesti nei quiz dei test di ammissione a medicina, veterinaria e professioni sanitarie e alle scuole superiori.
Immagine in evidenza di Chokniti Khongchum da Pexels
