Equilibrio chimico: trucchi e segreti per raggiungerlo in ogni reazione

Se desideri scoprire ogni segreto che riguarda l’equilibrio chimico, sei nel posto giusto. Nei prossimi scroll analizziamo nel dettaglio uno dei concetti più importanti della chimica, che avviene quando la velocità delle reazioni dirette è la stessa di quella delle reazioni inverse 🧪

Riuscire a raggiungere l’equilibrio chimico è fondamentale per riuscire a ottenere i risultati desiderati e a massimizzare i rendimento delle reazioni. Quindi vediamo tutto ciò che c’è da sapere a riguardo.

Che cosa si intende per equilibrio chimico?

In chimica, uno dei concetti che da sempre detiene un’importanza primaria è quello di equilibrio chimico.

Ma cosa intendiamo con questa espressione? Essenzialmente lo stato in cui le reazioni chimiche si verificano in entrambe le direzioni e nel medesimo ritmo.

Spieghiamo tale concetto in maniera ancora più chiara e intuitiva. All’interno di un sistema in equilibrio chimico, la velocità delle reazioni dirette e inverse è uguale, così da dar vita a una stabilizzazione delle concentrazioni dei prodotti e dei reagenti 🧪

A questo punto, è bene darti un esempio che ti chiarisca maggiormente tale definizione. Prendiamo una reazione generica, come A + B ⇌ C + D ⚛️

A e B rappresentano i reagenti, mentre C e D sono i prodotti.

Quando avviene una reazione chimica la formazione dei prodotti deriva dal consumo dei reagenti.

Inizialmente, la reazione avviene in tempi rapidi, fino al momento in cui non si ottiene una determinata concentrazione di prodotti. È in questo momento che la velocità comincia a ridursi, mentre la reazione inversa accelera. Il momento esatto in cui le due reazioni si eguagliano corrisponde all’equilibrio chimico.

Quest’ultimo può essere rappresentato tramite la costante di equilibrio K, che:

• Cambia in base alla pressione e alla temperatura specifica del sistema 🌡
• Indica l’entità della reazione e la posizione dell’equilibrio ⚛️

Quando la costante di equilibrio è:

• Maggiore a 1 vuol dire che i prodotti sono favoriti rispetto ai reagenti ⚗️
• Inferiore a 1, i reagenti sono favoriti rispetto ai prodotti 🧪

Inoltre, l’equilibrio chimico può essere influenzato da vari fattori, come la concentrazione dei reagenti e dei prodotti, la pressione e la temperatura. Per esempio:

• Facendo crescere (o diminuire) la concentrazione dei reagenti, viene favorita la formazione di prodotti (o viceversa) ⚖️
• Modificando la temperatura o la pressione di un sistema in equilibrio chimico, viene favorita la formazione o di prodotti o di reagenti 🗜

Fatte queste premesse, ora scopriamo quando è possibile affermare che una reazione riesce a raggiungere l’equilibrio chimico.

Come sapere se una reazione è in equilibrio?

Come già accennato, l’equilibrio nelle reazioni chimiche è raggiunto se la velocità della reazione diretta è uguale a quella della reazione inversa. Ciò vuol dire che le concentrazioni dei reagenti e dei prodotti rimangono costanti nel tempo, anche se le reazioni avvengano in contemporanea ⏰

Tuttavia, bisogna fare attenzione a un dettaglio molto importante: quando una reazione chimica raggiunge l’equilibrio, non vuol dire che si è fermata, ma solamente che la velocità della reazione diretta e inversa sono uguali 👯

Tale condizione implica che la reazione avviene ancora in tutte e due le direzioni, ma senza che si verifichi alcuna variazione determinante nelle concentrazioni di prodotti e di reagenti.

Cosa influenza l’equilibrio di una reazione?

Ciò che influenza e modifica l’equilibrio di una reazione chimica è la differenza di proporzioni tra i reagenti e i prodotti della reazione stessa.

Esistono, naturalmente, vari modi per poter raggiungere tale risultato. Quelli più importanti, che devi assolutamente conoscere, sono:

• Cambiare la concentrazione dei reagenti o dei prodotti.
  In questo caso, se aggiungi o rimuovi uno dei reagenti o uno dei prodotti, hai la possibilità di spostare l’equilibrio verso la formazione maggiore di uno o dell’altro.
  Per esempio, se decidi di aggiungere uno dei reagenti, la reazione si sposterà verso la formazione di più prodotti, al fine di compensare l’aumento della concentrazione del reagente 🧪

• Modificare la temperatura.
  Quest’ultima influisce in modo determinante sull’equilibrio di una reazione.
  In linea generale, se una reazione è esotermica (ovvero rilascia calore), intervenire aumentando la temperatura provoca lo spostamento dell’equilibrio verso i reagenti.
  Quando è endotermica (cioè che assorbe calore), la crescita della temperatura, in questo caso, porta l’equilibrio verso i prodotti 🌡

• Modificare la pressione.
  Nel caso in cui una reazione coinvolge i gas, cambiare la pressione determina un’influenza sull’equilibrio. Se si decide di accrescere questo valore, l’equilibrio andrà verso il lato con un quantitativo minore di molecole di gas, mentre riducendo la pressione, andrà verso la parte con un numero più alto di molecole di gas 🗜

In linea generale, tramite la modifica dell’equilibrio si ha l’obiettivo di raggiungere un rendimento superiore del prodotto.

Per fare in modo che ciò avvenga, devi necessariamente considerare, in maniera molto precisa, l’effetto che ciascun fattore (concentrazione, temperatura, pressione) avrà sull’equilibrio della reazione, così da poter agire di conseguenza.

Equilibrio chimico e aumenti di pressione

Abbiamo appena accennato a ciò che accade se decidi di aumentare la pressione all’interno di un sistema in equilibrio chimico. Nello specifico, le molecole sono costrette a occupare un quantitativo maggiore di spazio a causa della crescita della densità stessa delle molecole.

Qual è la conseguenza diretta di tali modifiche? In primis, l’aumento della frequenza di collisioni tra le varie molecole, che si traduce in una crescita della velocità delle reazioni chimiche.

Ed è qui che entra in gioco il principio di Le Chatelier, che consente di regolare la risposta di un sistema in equilibrio a una perturbazione che arriva dall’esterno ✍️

Questo principio ci dice che se l’equilibrio chimico viene disturbato dalla crescita del livello di pressione, il sistema si sposterà nella direzione che permette di ridurre il numero totale di molecole di gas per unità di volume. Ciò vuol dire che se il sistema ha al suo interno una miscela di gas che si trova in uno stato di equilibrio perfetto, quest’ultimo si sposterà proprio per far in modo che si generino meno molecole e si riduca il livello di pressione totale 🎈

Possiamo affermare, dunque, che la decomposizione di sostanze che si genera permette di raggiungere un nuovo equilibrio in cui la pressione è più bassa. Tuttavia, bisogna ricordare che questo può avere un’influenza sulla resa di un determinato prodotto o sulla velocità di una reazione chimica.

Cosa accade una volta raggiunto l’equilibrio?

Se un sistema raggiunge l’equilibrio chimico a livello microscopico avvengono vari fenomeni e interazioni tra le varie particelle che caratterizzano il sistema. Quelli che meritano maggiore attenzione sono:

• Il movimento casuale delle particelle.
  Dopo essere arrivati all’equilibrio, le particelle non si fermano, ma continuano a muoversi in modo del tutto casuale. Ciò avviene per via dell’energia termica che è presente all’interno del sistema. Tale movimento è conosciuto come moto browniano e rappresenta una delle caratteristiche più importanti quando si parla di sistemi in equilibrio ⚛️

• L’interazione tra le diverse particelle.
  Dal punto di vista microscopico, le particelle interagiscono tra loro tramite varie forze, come quella elettromagnetica, quella nucleare o, ancora, quella gravitazionale.
  Quando si raggiunge l’equilibrio, le interazioni si stabilizzato e si eguagliano, garantendo quello che in gergo si chiama equilibrio dinamico ⚖️

• La distribuzione delle particelle.
  Quando in un sistema si arriva all’equilibrio, quest’ultimo viene raggiunto anche per quanto concerne la distribuzione delle particelle. Esse, infatti, vengono collocate in maniera uniforme e casuale all’interno dello spazio disponibile.
  Tale distribuzione è influenzata, in maniera determinante, dalla temperatura, dalla pressione e da ulteriori condizioni 📊

• Le fluttuazioni quantistiche.
  Dal punto di vista microscopico è possibile notare che le particelle subiscono anche delle fluttuazioni quantistiche che possono incidere sul comportamento del sistema.
  Infatti, si possono verificare delle variazioni immediate nelle proprietà del sistema. A livello complessivo, però, si equilibrano nel corso del tempo e contribuiscono a creare una stabilità complessiva ⏰

Quindi, le particelle in un sistema non sono mai completamente statiche, ma continuano a muoversi e ad interagire tra loro. Queste interazioni si bilanciano in modo che, nel complesso, il sistema raggiunga uno stato di equilibrio.

Reazione reversibile e irreversibile

Se vuoi capire quando una reazione chimica è reversibile o irreversibile, devi prendere in considerazione vari fattori come:

• la natura dei reagenti e dei prodotti ⚛️
• le condizioni specifiche della reazione 🌡
• l’equilibrio chimico ⚗️

Specifichiamo che le reazioni reversibili sono quelle in cui i reagenti possono generare prodotti e viceversa. In poche parole, si tratta di reazioni che hanno la possibilità di procedere in tutte e due le direzioni, così da raggiungere un equilibrio dinamico.

In questo caso, dunque, è possibile scrivere un’equazione chimica bilanciata per poter rappresentare entrambe le direzioni della reazione.

Le irreversibili, invece, non sono altro che quelle in cui i reagenti si tramutano in prodotti e non possono tornare allo stato iniziale. Si tratta di reazioni che possono procedere verso una sola direzione, non raggiungendo l’equilibrio chimico.

I fattori che devi osservare per comprendere se una reazione è reversibile o irreversibile sono:

• La presenza di gas.
  Quando vengono coinvolte la formazione o la decomposizione di gas, le reazioni sono il più delle volte reversibili, dato che tali sostanze si possono comprimere o espandere per favorire una direzione piuttosto che un’altra 🎈

• La presenza di particolari solventi.
  Può succedere che delle reazioni irreversibili diventino reversibili a causa della presenza di solventi che rendono più semplice la formazione di un equilibrio chimico 🧪

• Le condizioni di temperatura e di pressione.
  Questi fattori determinano la reversibilità delle reazioni. Infatti, possono influire sulla formazione di prodotti o di reagenti, in base alle condizioni specifiche 🗜

• L’effetto catalitico.
  Quando sono presenti dei catalizzatori, viene favorita la reversibilità ⚡️

Quindi, analizzando questi fattori e osservando il comportamento della reazione nel corso del tempo, hai la possibilità di determinare se una reazione è reversibile o irreversibile. Non dimenticare, però, che esistono tante reazioni che vengono considerate reversibili in alcune condizioni e irreversibili in altre.
Per questo è utile valutare sempre il contesto preciso in cui si verifica la reazione.

Equilibrio chimico: rispondi a ogni quiz

Come puoi vedere, ricordare i fattori e le condizioni che influenzano l’equilibrio chimico ti aiuta a capire meglio la chimica e a risolvere gli esercizi senza difficoltà 🧠

Per ripassare in modo approfondito tutti gli argomenti di chimica per il test facendo un po’ di pratica con gli esercizi, c’è Futura 💯

In più, se durante lo studio ti sorgono dubbi o domande, non esitare a chiedere spiegazioni o consigli. Unisciti alla nostra community Telegram con più di 6000 studenti per confrontati su esercizi e argomenti del test di ammissione 💬

• Instagram
• YouTube
• TikTok
• Telegram