Quoziente di reazione

Lo stato di una reazione reversibile viene convenientemente valutato valutando il suo quoziente di reazione (Q). Per una reazione reversibile descritta da m A + n B ⇌ x C + y D, il quoziente di reazione è derivato direttamente dalla stechiometria dell’equazione bilanciata come

dove il pedice c denota l’uso di concentrazioni molare nell’espressione. Se i reagenti e i prodotti sono gassosi, un quoziente di reazione può essere derivato in modo simile utilizzando pressioni parziali:

Si noti che le equazioni quozienti di reazione sopra sono una semplificazione di espressioni più rigorose che usano valori relativi per concentrazioni e pressioni piuttosto che valori assoluti. Questi valori relativi di concentrazione e pressione sono adimensionali (non hanno unità); di conseguenza, lo sono anche i quozienti di reazione.

Il valore numerico di Q varia man mano che una reazione procede verso l’equilibrio; pertanto, può servire come indicatore utile dello stato della reazione. Per illustrare questo punto, considera l’ossidazione dell’anidride solforosa:

Qui sono possibili due diversi scenari sperimentali, uno in cui questa reazione viene iniziata solo con una miscela di reagenti, SO₂ e O₂e un altro che inizia con un solo prodotto, SO₃. Per la reazione che inizia solo con una miscela di reagenti, Q è inizialmente uguale a zero:

Man mano che la reazione procede verso l’equilibrio nella direzione in avanti, le concentrazioni reagenti diminuiscono (così come il denominatore di Q_c), la concentrazione del prodotto aumenta (così come il numeratore di Q_c), e il quoziente di reazione aumenta di conseguenza. Quando si raggiunge l’equilibrio, le concentrazioni di reagenti e prodotto rimangono costanti, così come il valore di Q_c.

Se la reazione inizia con un solo prodotto presente, il valore di Q_c è inizialmente indefinito (incommensurabilmente grande, o infinito):

In questo caso, la reazione procede verso l’equilibrio nella direzione inversa. La concentrazione del prodotto e il numeratore di Q_{c diminuiscono} con il tempo, le concentrazioni reagenti e il denominatore di Q c_aumentano, e il quoziente di reazione diminuisce di conseguenza fino a diventare costante all’equilibrio. Il valore costante di Q mostrato da un sistema all’equilibrio è chiamato costante di equilibrio, K:

Valutazione di un quoziente di reazione

Il biossido di azoto gassoso forma tetrossido di dinitrogeno secondo questa equazione:

Quando 0,10 mol NO_{2 viene} aggiunto a un pallone da 1,0-L a 25 °C, la concentrazione cambia in modo che all’equilibrio, [NO₂] = 0,016 M e [N₂O₄] = 0,042 M. Prima della formazione di qualsiasi prodotto, [NO₂] = 0,10 M e [N₂O₄] = 0 M. Così

All’equilibrio,

Questo testo è stato adattato da Openstax, Chemistry 2e, Section 13.2 Equilibrium Constants.