Obiettivo di apprendimento
- Calcolare il quoziente di reazione, Q, e usarlo per predire se una reazione procederà in direzione avanti o indietro
Punti chiave
- Proprio come la costante di equilibrio, Keq, il quoziente di reazione è una funzione di attività e/o concentrazioni di reagenti e prodotti.
- Il quoziente di reazione può essere usato per determinare in quale direzione procederà una reazione. Se Q = Keq, la reazione è all’equilibrio. Se Q < Keq, la reazione si muoverà verso i prodotti per raggiungere l’equilibrio. Se Q > Keq, la reazione si muoverà verso i reagenti per raggiungere l’equilibrio.
- Come la reazione procede, le concentrazioni delle specie, e quindi il quoziente di reazione, cambiano. Alla fine le concentrazioni diventano costanti; a questo punto, la reazione è all’equilibrio.
Termini
- quoziente di reazioneUna misura delle attività o concentrazioni delle specie chimiche coinvolte in una reazione chimica in un dato momento.
- costante di equilibrioUn valore numerico derivato dal rapporto delle concentrazioni dei prodotti e dei reagenti all’equilibrio.
- equilibrioLo stato di una reazione in cui le velocità delle reazioni in avanti e inversa sono le stesse.
Il quoziente di reazione, Q, è una misura delle quantità relative di reagenti e prodotti durante una reazione chimica in un dato momento. Confrontando il valore di Q con la costante di equilibrio, Keq, per la reazione, possiamo determinare se sarà favorita la reazione in avanti o quella inversa. Prendiamo la seguente equazione generica:
aA + bB \rightleftharpoons cC + dD
Il quoziente di reazione, Q, assume la seguente forma:
Q = \frac{^{c}^{d}}{^{a}^{b}}
Nota che il quoziente di reazione ha esattamente la stessa forma della costante di equilibrio, ed è una funzione delle concentrazioni e/o attività dei reagenti e dei prodotti. La differenza è che Q si applica quando la reazione è in condizioni di non equilibrio, e quindi il suo valore può variare. Proprio come per la costante di equilibrio, il quoziente di reazione può essere una funzione delle attività o delle concentrazioni.
Il quoziente di reazione può essere usato per determinare se una reazione in determinate condizioni procederà spontaneamente in direzione avanti o in direzione opposta. Tre proprietà possono essere derivate da questa definizione del quoziente di reazione:
- Se Q = Keq, la reazione è all’equilibrio.
- Se Q < Keq, la reazione si muoverà verso destra (in direzione avanti) per raggiungere l’equilibrio.
- Se Q > Keq, la reazione si muoverà verso sinistra (in direzione opposta) per raggiungere l’equilibrio.
Man mano che la reazione procede, supponendo che non ci sia una barriera energetica, le concentrazioni delle specie, e quindi il quoziente di reazione, cambiano. Alla fine, le concentrazioni diventano costanti; a questo punto, la reazione è all’equilibrio. La costante di equilibrio, Keq, può essere espressa come segue:
{K}_{eq}=\lim_{t{infty}{Q(t)}
Questa espressione mostra che Q diventerà alla fine uguale a Keq, data una quantità infinita di tempo. Tuttavia, la maggior parte delle reazioni generalmente raggiunge l’equilibrio in un periodo di tempo finito.