Come calcolare le concentrazioni in una reazione chimica in equilibrio

Una reazione chimica è composta da reagenti e prodotti: i reagenti sono le sostanze iniziali presenti, mentre i prodotti sono sostanze formate dai reagenti. Molte equazioni sono reversibili, pertanto, i reagenti possono formare i prodotti e viceversa. L'equilibrio chimico si riferisce ad una reazione in cui il tasso di formazione del prodotto è uguale al tasso di formazione del reagente. La concentrazione di equilibrio rappresenta le concentrazioni dei reagenti e dei prodotti quando i tassi di inversione delle reazioni sono uguali. Per calcolare la concentrazione in una reazione chimica in equilibrio, è necessario comporre una tabella ICE, creare e risolvere l'equazione e quindi inserire i valori dell'equazione nella tabella ICE. In questa guida vi spiegheremo come svolgere al meglio tutte queste operazioni. Vediamo dunque come procedere.

• Testo di chimica delle scuole superiori
• Testo di algebra
• Calcolatrice
• Tabella ICE

Innanzitutto va chiarito perché è importante conoscere le leggi dell?equilibrio chimico. A tal proposito va detto che conoscere la composizione di una miscela di reazione all?equilibrio, consente di calcolare quanto prodotto è possibile ottenere da un processo. Inoltre va aggiunto che, proprio per questo, la risposta degli equilibri al cambiamento delle condizioni, ha un considerevole significato, sia dal punto di vista economico, sia da quello biologico: la gestione dell?equilibrio chimico, ad esempio, è in grado di condizionare la resa in prodotto dei processi industriali. Dal canto loro, anche le cellule viventi sono costantemente impegnate a evitare l?instaurarsi dell?equilibrio chimico. Accertata dunque la centralità del concetto di equilibrio in una reazione chimica, vediamo ora come calcolare le concentrazioni che si verificano all'interno di tali reazioni.

Per il calcolo sarà innanzitutto necessaria la creazione di un'espressione algebrica basata sulle concentrazioni iniziali e il cambiamento delle concentrazioni dei reagenti e prodotti. Andiamo a realizzare graficamente il calcolo. In una ipotetica riga E che tracceremo, sotto i reagenti, occorrerà sottrarre le x dalla concentrazione iniziale. Ad esempio, se si dispone di 0.200 M di concentrazione iniziale di idrogeno, scrivere 0,200-x nella riga E. Se si dispone 0,200 M di concentrazione iniziale di iodio, scrivere questa stessa espressione nella riga E.

Bisognerà poi procedere scrivendo l'espressione della costante di equilibrio, la quale indica il rapporto tra la quantità di reagente e i prodotti. La costante di equilibrio è il valore che corrisponde a questo rapporto. Ricordate sempre che, in condizioni di equilibrio, i prodotti vengono sovrascritti dai reagenti. Inoltre, i coefficienti stechiometrici corrispondono alla potenza con cui i reagenti o i prodotti sono elevati. Andiamo poi ad ultimare il calcolo relativo alle concentrazioni in una reazione chimica in equilibrio, nel modo che vi descriveremo nel prossimo paragrafo di questa guida.

Passiamo poi a sostituire le espressioni nella riga E nell'espressione della costante di equilibrio. Dopo aver scritto l'espressione, trovare l'incognita x. Quindi, utilizzando il valore di x, risolvere le espressioni algebriche all'interno della colonna E. Ad esempio, la costante di equilibrio per questa reazione è 54.3. Il valore di x dovrebbe quindi essere di circa 0,157 M. La concentrazione di equilibrio dell'idrogeno e dello iodio dovrebbe essere 0,043 M, e la concentrazione di equilibrio dello ioduro di idrogeno dovrebbe essere circa 0,314 M.

Creare una tabella ICE, riportandovi le concentrazioni iniziali, il cambiamento e le concentrazioni finali delle sostanze all'interno di una equazione chimica, sarà l'ultimo passo da seguire. Ecco come procedere: riportare sul lato sinistro le lettere I, C, E verticalmente. Nella prima riga iniziale, scrivere le concentrazioni iniziali dei reagenti e dei prodotti. Queste informazioni di solito sono fornite nel problema. Le unità di concentrazione sono delle molarità e vengono rappresentate dalla lettera M. Scrivere la variazione di concentrazione nella tabella ICE. Nella riga corrispondente alla lettera C, scrivere il modo in cui la concentrazione dei reagenti e prodotti cambia in tutto il corso della reazione. Ad esempio, se si dispone di una mole di idrogeno e una di di iodio come reagenti, questi cambieranno di un fattore x durante la reazione. Pertanto, scrivere una x sotto le singole moli dei reagenti nella colonna C. I prodotti aumenteranno in concentrazione. Ad esempio, se si hanno due moli di ioduro di idrogeno come prodotto, scrivere + 2x sotto i prodotti all'interno della riga C.

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