costanti di equilibrio Kc e Kp mappa concettuale
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Le costanti di equilibrio Kc e Kp quantificano la composizione di un sistema chimico all'equilibrio: Kc si esprime tramite concentazioni molari, Kp tramite pressioni parziali dei gas. La mappa illustra come scrivere le espressioni corrette, la relazione tra Kc e Kp, il significato del valore numerico e il principio di Le Chatelier, con esempi come la sintesi dell'ammoniaca.
Come si scrivono le espressioni di Kc e Kp
Per una reazione generica aA + bB ⇌ cC + dD, la costante Kc si scrive come [C]^c[D]^d / [A]^a[B]^b, dove le parentesi quadre indicano concentazioni molari all'equilibrio. La costante Kp usa le pressioni parziali P_C^c·P_D^d / P_A^a·P_B^b, ma solo per le specie gassose. I solidi puri e i liquidi puri non compaiono nell'espressione perché la loro concentazione è costante: nella decomposizione del carbonato di calcio, ad esempio, Kp dipende solo dalla pressione parziale della CO2. È essenziale usare i valori all'equilibrio, non quelli iniziali, e rispettare i coefficienti stechiometrici come esponenti.
La relazione Kp = Kc(RT)^Δn
Quando una reazione comporta un cambio nel numero di moli gassose, Kp e Kc differiscono. La relazione Kp = Kc·(RT)^Δn collega le due costanti, dove Δn è la differenza tra le moli di gas nei prodotti e nei reagenti. Per la sintesi dell'ammoniaca, N2 + 3H2 ⇌ 2NH3, si ha Δn = 2 − 4 = −2, quindi Kp è minore di Kc a temperatura ambiente. Se Δn è zero, come nella reazione H2 + I2 ⇌ 2HI, le due costanti coincidono. Nella formula, R deve essere espresso in unità coerenti con le pressioni e la temperatura va inserita in kelvin.
Interpretare il valore della costante
Il valore numerico di K indica la posizione dell'equilibrio: una costante molto grande significa che all'equilibrio predominano i prodotti, mentre una costante molto piccola indica reagenti praticamente intatti. Valori intermedi suggeriscono miscele con quantità apprezzabili di entrambe. Un punto cruciale è che K dipende solo dalla temperatura: aggiungere reagenti, cambiare il volume o la pressione sposta l'equilibrio secondo Le Chatelier, ma non altera il valore di K. Solo variando la temperatura si modifica la costante, e la direzione del cambiamento dipende dal carattere esotermico o endotermico della reazione.
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Domande per ripassare
Quando Kp è uguale a Kc?
Kp coincide con Kc quando Δn = 0, cioè quando il numero totale di moli gassose dei prodotti è uguale a quello dei reagenti. Un esempio classico è la reazione H2 + I2 ⇌ 2HI, in cui da 2 moli di gas si formano 2 moli di gas.
Perché i solidi non compaiono nell'espressione della costante di equilibrio?
Perché la concentazione di un solido puro (o liquido puro) è costante e viene incorporata nel valore di K. Nella reazione CaCO3 ⇌ CaO + CO2, ad esempio, Kp dipende solo dalla pressione parziale della CO2, non dalle quantità dei due solidi.
Aggiungere un reagente modifica il valore di K?
No. Aggiungere un reagente sposta l'equilibrio verso i prodotti secondo il principio di Le Chatelier, ma il valore di K rimane invariato, perché la costante dipende esclusivamente dalla temperatura. Cambia invece il quoziente di reazione Q, che torna al valore di K quando il sistema raggiunge il nuovo equilibrio.