L’Equilibrio chimico

1. L’Equilibrio chimico Esame di Didattica della Chimica Anno Accademico 2011-2012 TFA – classe A060 • Alfonsi Maria • Luciani Stefania • Marchetti Francesca • Martino Raffaella • Rotilio Raffaella

2. L’Equilibrio chimico A C B D REAZIONE COMPLETA A A C C B B D D REAZIONE REVERSIBILE REAZIONE REVERSIBILE La velocità di una reazione dipende dalla concentrazione dei reagenti, la velocità con cui A e B reagiscono sarà inizialmente massima per poi diminuire man mano che si formano i prodotti C e D

3. Andamento, in funzione del tempo, della concentrazione dei reagenti e della concentrazione dei prodotti di una reazione reversibile Questo tuttavia non significa che la reazione abbia subito un arresto, ma solo che la reazione diretta e la reazione inversa avvengono contemporaneamente e alla stessa velocità

4. Andamento, in funzione del tempo, della velocità diretta Vd e della velocità inversa Vi di una reazione reversibile

5. ..definiamo la costante di equilibrio aAbBcCdD [C]c [D]d Keq [A]a [B]b A A A A D A A C A C B B D A Cosa succede se cambia la concentrazione? A A A A C B D D D D D D A C B D D D D D

6. Cosa succede se cambia la temperatura? q eso A C B D endo A C C D B B D A eso q A C B D endo q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q

7. … quanto è complicato l’equilibrio chimico! La prof. parla e io non capisco niente!

8. concepire l’equilibrio chimico come un qualcosa che oscilla da una posizione ad un'altra Alcune tipiche concezioni difformi, molto diffuse tra gli studenti, sono: considerare che all’equilibrio di un sistema chimico le concentrazioni dei reagenti e dei prodotti abbiano lo stesso valore

9. Correzione misconcezioni 2 strategie Esperienza di laboratorio Analogia con il gioco delle carte

10. … andiamo in laboratorio • Materiali occorrenti • una provetta da saggio, • porta provette, • spruzzetta con acqua distillata, • cilindro da 10 ml, • carta da filtro e phon. • Reagenti • cobalto dicloruro esaidrato CoCl2∙6H2O, • HCl concentrato, • acqua distillata, • 2 becher da un litro, uno con acqua calda (70-80 °C) ed uno con acqua fredda.

11. Reazione chimica Obiettivo dell’esperienza Osservare e comprendere la reversibilità di una reazione all’equilibrio

12. [ CoCl4]2- [ CoCl4]2- + H2O distillata Soluzione blu Soluzione blu [Co(H2O)6]2+ [Co(H2O)6]2+ Soluzione rosa Soluzione rosa + HCl

13. Effetto della temperatura Se immergiamo la provetta con la soluzione rosa nel becher contenente acqua calda, si osserverà il viraggio verso la colorazione blu (maggiore concentrazione di [CoCl4]2-). Raffreddando si può di nuovo tornare alla condizione originaria (colore rosa, cioè aumento della concentrazione di [Co(H2O)6]2+).

14. Curiosità Utilizzare la soluzione rosa come un inchiostro, per scrivere il proprio nome su un pezzetto di carta da filtro e lasciare asciugare. La scritta risulterà pressoché invisibile, ma scaldando con un phon si osserva la comparsa della scritta con colorazione blu. Raffreddando, la scritta tornerà a scomparire ma potrà essere rigenerata ogni volta semplicemente riscaldando la carta.

15. Analogia con il gioco delle carte Ciascun gruppo possiede una tabella dove indica il numero di carte possedute prima e dopo il trasferimento e il numero di carte trasferite Studenti divisi in due gruppi: P e R la regola di trasferimento è la costante cinetica Il gioco consiste nel trasferimento di un certo numero di carte che simula la reversibilità di una reazione Il numero di carte possedute da ciascun gruppo corrisponde alla concentrazione Il numero di carte trasferite equivale alla velocità di reazione È possibile realizzare 5 attività per spiegare l’equilibrio dinamico e i fattori che l’influenzano

16. 1. EQUILIBRIO DINAMICO R = 96 P = 0 ¼ Dopo n° round (11°) R EQUILIBRIO DINAMICO P ⅛ R P All’equilibrio, il numero di carte scambiate vicendevolmente è lo stesso (l’equilibrio è dinamico). Anche se si effettuano altri round (dopo 11°) il n° carte possedute da ciascuna squadra non cambia: si ha sempre P 64 e R 32 n° carte P = 64/32 = 2 n° carte R • ANALOGIE • n° di carte possedute dalle due squadre all’equilibrio è diverso ma costante (32 e 64), come le concentrazioni • n° di carte trasferite all’equilibrio è uguale, come la velocità diretta è uguale alla velocità inversa Vd = Kd x CR = numero carte trasferite

19. 2.Dai REAGENTI ai PRODOTTI e VICEVERSA R = 0 P = 96 situazione diametralmente opposta ¼ R P ⅛ R P Dopo n° round (9°) EQUILIBRIO DINAMICO Anche se si effettuano altri round (dopo 9°) il n° carte possedute da ciascuna squadra non cambia si ha sempre P 64 e R 32 n° carte P = 64/32 = 2 n° carte R • ANALOGIE • n° di carte possedute dalle due squadre all’equilibrio è diverso ma costante (32 e 64), come le concentrazioni • A parità di regole di scambio iniziali (costante cinetica), si ottiene sempre lo stesso rapporto finale (stessa situazione di equilibrio)

22. 3.La COSTANTE di EQUILIBRIO R = 104 P = 40 ¼ R P ⅛ R P Dopo n° round (10°) EQUILIBRIO DINAMICO n° carte P = Il rapporto è una COSTANTE 96/48 = 2 n° carte R ANALOGIE n° carte P Keq All’EQUILIBRIO = n° carte R

25. 4. EFFETTO della T sul VALORE della COSTANTE R = 96 P = 0 3/4 ¼ R P R P Dopo n° round (2°) Kd R P Keq Keqprecedente > Ki ANALOGIE • Se aumenta la T aumenta Kd • Se aumenta la regola di trasferimento delle carte aumenta la Kd

26. 5. EFFETTO dell’AGGIUNTA di un PRODOTTO R = 96 P = 0 ¼ ¼ R R P P ⅛ ⅛ R R Dopo n° round P P Keq Keq = = n° carte P n° carte P = = R = 32 carte P = 64 + 36 88/44 = 2 64/32 = 2 n° carte R n° carte R Dopo n° round ANALOGIE Maggiore n° carte P = maggiore Cp Vi = Ki x CP = numero carte trasferite

27. 6. FUNZIONE del CATALIZZATORE Rispetto all’attività 1 R = 96 P = 0 ¼ ½ ¼ R R P P ⅛ R R P P Keq = catalizzatore = aumento del n° di carte trasferite da R a P e da P a R n° carte P = 64/32 = 2 si raggiunge l’equilibrio con un minor numero di round n° carte R ANALOGIE il catalizzatore fa aumentare Vd e Vi Vd = Kd x CR = numero carte trasferite da R a P Vi = Ki x CP = numero carte trasferite da P ad R

28. CONCLUSIONI la REVERSIBILITÀ delle REAZIONI CHIMICHE L’INCOMPLETEZZA delle REAZIONI CHIMICHE laNATURA DINAMICA dell’EQUILIBRIO gli EFFETTI di PERTURBAZIONI ESTERNE sullo STATO di EQUILIBRIO

29. GRAZIE PER L’ATTENZIONE