Come calcolare il numero di moli all'equilibrio in una reazione

La chimica è una materia che solitamente si apprezza nella parte pratica in quanto miscelare le sostanze risulta divertente ed appagante. È ovvio che non si possono miscelare casualmente le sostanze perché le reazioni possono risultare pericolose. È opportuno prima imparare la teoria e successivamente cimentarsi nella pratica. Leggendo questo tutorial si possono avere delle corrette informazioni su come è possibile calcolare il numero di moli all'equilibrio in una reazione. La Kc è la costante di equilibrio; essa è uguale al prodotto delle concentrazioni molari dei prodotti diviso il prodotto della concentrazione molare dei reagenti. Nella guida viene illustrato l'esempio di un esercizio di un esame universitario.

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Le variazioni delle concentrazioni o delle pressioni di reagenti e prodotti si verificano quando un sistema di reazione si avvicina all'equilibrio. In questa sezione vedremo che possiamo mettere in relazione questi cambiamenti l'uno con l'altro usando i coefficienti nell'equazione chimica bilanciata che descrive il sistema. Il modo più semplice per trovare i coefficienti per le variazioni di concentrazione in ogni reazione è quella di utilizzare i coefficienti nell'equazione chimica bilanciata. Il segno del coefficiente è positivo quando la concentrazione aumenta; è negativo quando la concentrazione diminuisce. Per procedere con la trattazione e la corretta spiegazione bisogna eseguire il seguente esercizio. Nella reazione: CO (g) H2O (g) CO2(g) H2(g), la Kc, alla temperatura di 1000 °C è uguale a 0.58. Se viene introdotta 1 mole di CO e 1 mole di H2O in un pallone di 50L, quante moli di ogni sostanza sarebbero presenti nel pallone a equilibrio raggiunto? Per iniziare lo svolgimento si devono cominciare a calcolare le concentrazioni di ogni sostanza: [CO]= n°mol/ Vol =1 mol/ 50L= 0.02M=[H2O] (il numero di moli è uguale ed il volume è lo stesso). Successivamente si deve costruire una tabella simile alla seguente: CONCENTRAZIONI INIZIALI: [CO]=[H2O]= 0.02M; [CO2]= [H2]= 0M; VARIAZIONI: [CO]= [H2O]= -x; [CO2]= [H2]= x; CONCENTRAZIONI ALL'EQUILIBRIO: [CO]= [H2O]= 0.02 - x; [CO2]= [H2]= x.

Poiché il valore del quoziente di reazione di una qualsiasi reazione all'equilibrio è uguale alla sua costante di equilibrio, possiamo usare l'espressione matematica per Q c (cioè la legge dell'azione di massa ) per determinare un numero di quantità associate a una reazione all'equilibrio. Dal momento che Kc= [CO2]*[H2] /[CO]*[H20] per trovare la x basta impostare l'equazione:
Kc= x*x/ (0.02)*(0.02)= x^2/(0.02)^2. Ma siccome la costante Kc è nota si ha: 0.58= x^2/ (0.02)^2, e cioè: 0.76= x/(0.02). Pertanto si ha: x= (0.76)*(0.02)= 0.015M. Se si sostituiscono le concentrazioni all'equilibrio, si ha: CONCENTRAZIONI ALL'EQUILIBRIO: [CO]= [H2O]=(0.02-0.015) M; [CO2]= [H2]= 0.015M e cioè: [CO]=[H2O]= 0.005M; [CO2]=[H2]= 0.015M.

L'esercizio però richiede il numero di moli all'equilibrio per cui conoscere le concentrazioni all'equilibrio non basta. Allora per calcolare il numero di moli è indispensabile applicare la relazione: Concentrazione molare= n° moli/ Volume, cioè: n°moli= Concentrazione molare * Volume. Quindi: n°moli (CO)= n°moli (H2O)= 0.005M* 50L= 0.25 moli all'equilibrio; n°moli (CO2)= n°moli (H2)= 0.015M * 50L= 0.75 moli all'equilibrio. Se il valore della costante di equilibrio e tutte le concentrazioni di equilibrio, tranne una, sono note, è possibile calcolare anche la concentrazione rimanente. Con questo modo l'esercizio è stato risolto; adesso è noto come si deve calcolare il numero di moli all'equilibrio di una reazione chimica.

• Se sono note concentrazioni di reagenti e prodotti in equilibrio, è possibile calcolare il valore della costante di equilibrio per la reazione

• Metodo per determinare le concentrazioni all’equilibrio

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