La costante di equilibrio

La costante di equilibrio

La costante di equilibrio è il rapporto tra la concentrazione molare dei prodotti di una reazione chimica quando raggiunge lo stato di equilibrio e il prodotto delle concentrazioni dei reagenti. Questo rapporto non varia neppure se si cambiano le quantità o le concentrazioni iniziali delle sostanze da reagire ma varia soltanto modificando la temperatura del sistema.

Quando due o più sostanze si uniscono per formane una o più altre oppure quando una sostanza si decompone in altre sostanze, si parla sempre di reazione o trasformazione chimica. I primi vengono chiamati reagenti, i secondi sono definiti prodotti e il loro insieme costituisce un sistema. Queste sostanze possono trovarsi dentro un contenitore chiuso o all’aperto ma negli esperimenti in laboratorio sono spesso un sistema chiuso.

La concentrazione molare è il rapporto tra la quantità di sostanza, o le moli, contenuta in un determinato volume. La concentrazione determina anche la velocità delle reazioni chimiche. Man mano che il prodotto si forma diminuisce la concentrazione dei reagenti al punto di arrivare ad uno stato di equilibrio dove la velocità di formazione del prodotto e della sua decomposizione rimane costante.

A quel punto le concentrazioni dei prodotti e dei reagenti rimane costante e il loro rapporto determina la costante di equilibrio. Nel calcolarla bisogna tenere presente l’equazione chimica della reazione con gli opportuni coefficienti stechiometrici, cioè quei numeri posti a sinistra delle formule degli elementi e delle sostanze che indicano il numero di moli che reagiscono e che si formano. Prendiamo come esempio un’equazione generica dove le lettere minuscole sono i coefficienti mentre le lettere maiuscole sono le sostanze:

a A + b B ⇄ c C + d D

La formula per ricavare la costante di equilibrio è questa:

Kc = [C]c ∙ [D]d / [A]a ∙ [B]b

Vediamo quindi che i coefficienti diventano gli esponenti delle concentrazioni molari delle rispettive sostanze. Bisogna tenere presente che se ci sono delle sostanze solide, la loro concentrazione non influenza lo stato di equilibrio, pertanto non vengono inserite nel calcolo della costante.

Quando avviene una reazione chimica, lo stato di equilibrio porta sempre le particelle alla loro reazione inversa, cioè dalla reazione di sintesi possono passare a quella di decomposizione o viceversa. La costante di equilibrio ci permette di capire se due sostanze tendono a reagire e con quale tendenza.

Valori di KcSituazione
Kc > 103La trasformazione dei reagenti avviene quasi completamente,
la concentrazione dei prodotti prevale di molto su
quella dei reagenti e l’equilibrio si sposta verso destra
dell’equazione cioè verso i prodotti.
10-1< Kc < 10 La concentrazione dei prodotti è molto simile a
quella dei reagenti e le trasformazioni diretta e inversa
tendono ad avvenire simultaneamente.
Kc < 10-3 La concentrazione dei reagenti è molto maggiore di
quella dei prodotti e la reazione diretta avviene
poche volte o per niente.

Una costante molto alta indica che la reazione avviene quasi completamente dato che la concentrazione dei prodotti è molto maggiore di quella delle sostanze che le formano; invece, una costante di equilibrio troppo bassa indica che la reazione non può avvenire, come ad esempio la reazione dell’acqua con l’ossigeno; infatti l’acqua non brucia e non può reagire.