Classe quarta, secondaria di secondo gradoPercorso edumaterial
Che cosa imparerai
- Identifica reazioni opposte.
- Confronta velocità.
- Distingui costanza da uguaglianza delle concentrazioni.
Prima di iniziare
- Reazione
- Velocità
- Sistema chiuso
Idea chiave
In un equilibrio chimico dinamico, in un sistema nelle condizioni appropriate, le velocità della reazione diretta e inversa sono uguali. Le concentrazioni restano costanti nel tempo, ma reagenti e prodotti non devono avere concentrazioni uguali.
Regola
L'uguaglianza delle velocità non significa che le reazioni si fermino. Per discutere uno spostamento dell'equilibrio occorre specificare sostanze, condizioni e perturbazione.
Come procedere
- Identifica reazioni opposte.
- Confronta velocità.
- Distingui costanza da uguaglianza delle concentrazioni.
Esempio risolto
All'equilibrio le velocità diretta e inversa sono entrambe 2 unità/tempo. La reazione è ferma?
- Entrambe le velocità sono diverse da zero.
- Sono uguali tra loro.
- È equilibrio dinamico.
No: procede in entrambi i versi alla stessa velocità.
Due processi simultanei
In un sistema reversibile che ha raggiunto l'equilibrio dinamico nelle condizioni appropriate, la reazione diretta e quella inversa continuano. Le loro velocità sono uguali, perciò le concentrazioni macroscopiche non cambiano nel tempo finché le condizioni restano costanti. «Costanti» non significa «uguali fra sostanze»: reagenti e prodotti possono avere concentrazioni molto diverse. È utile immaginare due passaggi opposti di persone fra stanze, con lo stesso numero per unità di tempo in entrambi i versi; i gruppi restano stabili pur essendoci movimento. L'analogia chiarisce la dinamica ma non sostituisce le particelle e le collisioni reali. L'equilibrio non è una reazione finita o ferma, né garantisce quantità del 50% di ciascuna specie. Per parlarne devi precisare un sistema chiuso rispetto alle specie rilevanti e condizioni che permettano entrambi i versi.
Quoziente, costante e condizioni
Per una reazione bilanciata, la costante di equilibrio K descrive un rapporto fra attività delle specie all'equilibrio a una temperatura fissata. A livello introduttivo si usano spesso concentrazioni come approssimazione e si applicano esponenti uguali ai coefficienti stechiometrici. Un valore grande di K favorisce prodotti nel rapporto definito, ma non dice da solo quanto rapidamente si raggiunge l'equilibrio. Il quoziente di reazione Q ha forma analoga usando valori istantanei; confrontare Q con K può indicare in quale verso la composizione tende a cambiare nel modello. Non attribuire uno spostamento a una perturbazione senza specificare quale grandezza cambia: temperatura, pressione, volume e concentrazione non agiscono sempre nello stesso modo. Un catalizzatore può accelerare l'avvicinamento all'equilibrio modificando le velocità, ma non cambia K alla stessa temperatura nel modello standard.
Interpretare una perturbazione
Se aggiungi un reagente a un sistema già all'equilibrio, la sua concentrazione aumenta subito; poi la composizione può evolvere fino a un nuovo equilibrio. La variazione istantanea e la risposta successiva non sono lo stesso evento. Rimuovere un prodotto può favorire la formazione di altro prodotto, ma la quantità finale dipende dai dati e dalla stechiometria. Cambiare temperatura può cambiare K; la direzione richiede sapere se la reazione diretta è endotermica o esotermica. Le regole qualitative vanno sempre ricondotte al sistema specifico, invece di recitare «si sposta a destra» per ogni intervento. Per un confronto controllato scrivi stato iniziale, perturbazione, eventuale variazione istantanea, risposta e nuovo stato. Un grafico con concentrazioni piatte non prova che le reazioni siano cessate: serve un modello cinetico o una misura capace di seguirne il turnover. Un equilibrio dinamico richiede osservazioni ripetute.
Problema di trasferimento
Un sistema reversibile già all’equilibrio riceve una piccola aggiunta di reagente A mentre la temperatura resta fissa. Descrivi cosa cambia subito e cosa può succedere dopo, senza inventare valori finali.
- Subito dopo l’aggiunta, la quantità di A è maggiore: il sistema non è più nella composizione precedente.
- Le velocità diretta e inversa possono differire temporaneamente; la composizione evolve.
- Senza K e quantità iniziali non si calcolano numeri; l’interpretazione resta qualitativa e condizionata.
Un nuovo equilibrio richiede di nuovo velocità uguali, ma non concentrazioni uguali.
Un altro errore da evitare
Scambiare uguaglianza delle velocità con uguaglianza delle concentrazioni cambia la definizione.
Un altro errore da evitare
Dire che un catalizzatore sposta l’equilibrio alla stessa temperatura confonde cinetica e posizione di equilibrio.
Errore da evitare
Dire che equilibrio significa assenza di trasformazione o quantità identiche di reagenti e prodotti.
Prova subito
Velocità diretta e inversa all'equilibrio?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: Uguali
I flussi si compensano.
All'equilibrio le reazioni diretta e inversa possono continuare?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: Sì
La trasformazione continua.
Concentrazioni uguali fra specie?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: No
Sono concetti diversi.
Le concentrazioni cambiano nel tempo a equilibrio stabile?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: Restano costanti
Le velocità opposte si bilanciano.
Che cosa bisogna specificare per prevedere uno spostamento dell'equilibrio?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: La perturbazione
Altrimenti l'esito non è determinato.
Allineamento curricolare e fonti
- Studiare equilibrio chimico e trasformazioni reversibili. (SECONDO BIENNIO; assegnazione alla classe editoriale). · DM 211/2010 · Allegato F · Liceo scientifico ordinario · parte 1