Come risolvere un equilibrio chimico

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Difficoltà: media
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Introduzione

Quando si parla di equilibrio chimico generalmente si intende lo stato in cui degli agenti chimici che fanno parte di una reazione chimica non mutano nel tempo. In questo caso molta importanza assume la cosiddetta Costante di Equilibrio, indicata con la lettera K: "Moltiplicando tra loro le concentrazioni molari dei prodotti della reazione e dividendo il valore ottenuto per il prodotto delle concentrazioni dei reagenti si ottiene un valore costante". È questa la legge di azione di massa, enunciata dai due svedesi Guldberg e Waag e dimostrata da Vant'Hoff. Quanto più è piccolo il valore di K tanto più la reazione diretta è incompleta e la sua resa è bassa e viceversa. Nella seguente guida dunque verrà spiegato come risolvere un equilibrio chimico.

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Il principio di Le Chatelier

Quando un sistema ha raggiunto l'equilibrio si trova in uno stato di stabilità e le concentrazioni di reagenti e prodotti sono determinate e costanti. Se però l'equilibrio viene turbato si raggiunge una nuova posizione. Tale spostamento è prevedibile in quanto regolato dal principio di Le Chatelier, detto equilibrio mobile: ogni intervento esterno, viene compensato. I fattori che possono perturbare uno stato di equilibrio sono tre: la concentrazione; la temperatura e la pressione.

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L'aumento della concentrazione

L'aumento della concentrazione di una sostanza favorisce la reazione che la fa consumare, invece la diminuzione della concentrazione di una sostanza favorisce la reazione che la fa formare. Tramite questo principio quindi si potrebbe aumentare la resa di una reazione e ciò ovviamente assume una rilevanza importante nei processi industriali e nei laboratori di ricerca.

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Le reazioni esotermiche e endotermiche

Le reazioni chimiche, dal punto di vista termico, possono avvenire con emissione di calore (esotermiche) o con assorbimento di calore (endotermiche). Per i reagenti in fase gassosa, si possono avere reazioni in cui avviene un aumento o una diminuzione di volume. Per quanto riguarda le reazioni esotermiche, basta sottrarre continuamente calore tramite refrigeranti specifici, per far procedere la reazione verso destra. Viceversa per quelle endotermiche, bisogna somministrare calore. Si può anche intervenire sulla pressione. Esempio classico è la produzione di ammoniaca che oltre a richiedere 200°C, avviene a 200 atm, in quanto si ha una contrazione di volume. Reagendo 1 litro di Azoto + 3 litri di Idrogeno, si ottengono 2 litri di Ammoniaca che è la metà rispetto ai volumi di partenza. Viceversa, una diminuzione di pressione, favorisce quelle reazioni che avvengono con un aumento di volume.
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