La costante di equilibrio

Prendiamo in considerazione una generica equazione di reazione in cui le lettere maiuscole indicano quattro specie chimiche e quelle minuscole i rispettivi coefficienti stechiometrici:

L'espressione della costante di equilibrio (K_c) costituisce la legge fondamentale dell'equilibrio chimico: legge di azione di massa.
II valore della costante Kc è caratteristico di ogni reazione all'equilibrio e dipende solo dalla temperatura.

La costante di equilibrio - Un esempio

L'idrossido di calcio è un composto poco solubile che in acqua dà luogo al seguente equilibrio eterogeneo:


L'espressione della costante di equilibrio a 25°C è quindi:


Supponiamo di aggiungere acqua a 3,0 g di Ca(OH)₂ fino al volume di un litro. II solido si scioglie tutto?

La costante di equilibrio - Un esempio

Per rispondere si può procedere effettuando i seguenti calcoli.

• Calcolo delle moli di Ca(OH)₂

• Calcolo del prodotto ionico [Ca²⁺]⋅[OH^-]² Nell'espressione si mettono le concentrazioni molari delle 2 specie ioniche ipotizzando che l'idrossido si dissolva completamente:

La costante di equilibrio - Un esempio

Per rispondere si può procedere effettuando i seguenti calcoli.

• Calcolo delle moli di Ca(OH)₂

• Calcolo del prodotto ionico [Ca²⁺]⋅[OH^-]² Nell'espressione si mettono le concentrazioni molari delle 2 specie ioniche ipotizzando che l'idrossido si dissolva completamente:

• Si confronta il valore calcolato con K_c

La costante di equilibrio - Un esempio

• Si confronta il valore calcolato con K_c

II valore calcolato non può essere più grande di K_c pertanto il solido non si scioglie tutto ma resta in parte come corpo di fondo.
In genere, per prevedere in quale direzione evolve un sistema che non ha ancora raggiunto uno stato di equilibrio si può calcolare il cosiddetto quoziente di reazione (Q_c).
Consideriamo una generica reazione:

Il quoziente di reazione

Consideriamo una generica reazione:

II quoziente di reazione Q_c si calcola sostituendo nell'espressione di K_c le concentrazioni delle specie chimiche così come risultano mescolando quantità arbitrarie delle sostanze:

Il quoziente di reazione

Poiché il sistema deve evolvere verso l'equilibrio:

• se Q_c < K_c la reazione procede verso l'equilibrio con una reazione diretta, spostata verso destra →

• se Q_c > K_c la reazione procede verso l'equilibrio con una reazione inversa, spostata verso sinistra ←

Il quoziente di reazione

• Q_c < K_c il numeratore deve aumentare e il denominatore deve diminuire, quindi una parte dei reagenti si trasforma nei prodotti fino al raggiungimento dell'equilibrio;

• Q_c > K_c il numeratore deve diminuire e il denominatore deve aumentare, quindi l'eccesso dei prodotti si ritrasforma nei reagenti fino al raggiungimento dell'equilibrio.