La costante di equilibrio quantifica la posizione dell’equilibrio chimico a una temperatura fissata. Per una reazione reversibile, un valore grande di K indica equilibrio spostato verso i prodotti; un valore piccolo indica equilibrio spostato verso i reagenti.
Per la reazione:
la forma didattica in concentrazioni è:
Questa scrittura è utile negli esercizi, ma la forma termodinamica rigorosa usa attività adimensionali:
dove \nu_i è positivo per i prodotti e negativo per i reagenti. Solidi e liquidi puri hanno attività unitaria e non compaiono nell’espressione di K.
Quoziente di reazione
Il quoziente di reazione Q ha la stessa forma di K, ma viene calcolato con le attività nello stato istantaneo del sistema. Confrontare Q e K indica il verso spontaneo di evoluzione:
| Confronto | Direzione spontanea |
|---|---|
| \displaystyle Q<K | verso i prodotti |
| \displaystyle Q=K | equilibrio |
| \displaystyle Q>K | verso i reagenti |
La relazione termodinamica è:
All’equilibrio \Delta G=0 e Q=K, quindi:
Costanti in pressione e concentrazione
Per gas ideali si usano spesso K_p e K_c. Se \Delta\nu_g è la variazione del numero di moli gassose tra prodotti e reagenti:
Questa relazione vale nella forma usuale per gas ideali e unità coerenti; nella termodinamica rigorosa le pressioni parziali vanno rapportate alla pressione standard.
Dipendenza dalla temperatura
La costante di equilibrio dipende dalla temperatura. La dipendenza quantitativa è descritta dall’equazione di van’t Hoff:
Per una reazione endotermica l’aumento della temperatura tende ad aumentare K; per una reazione esotermica tende a diminuirlo.
Errori comuni
- Inserire solidi o liquidi puri nell’espressione della costante.
- Confondere Q e K: Q cambia durante l’evoluzione, K è fissata dalla temperatura.
- Usare concentrazioni o pressioni con unità dentro un logaritmo termodinamico.
- Pensare che K dica la velocità della reazione: la costante riguarda l’equilibrio, non la cinetica.
Vedi anche: Quoziente di reazione, Equilibrio chimico, Principio di Le Chatelier, Equazione di van’t Hoff, Energia libera di Gibbs, Attività chimica.