Equilibrio chimico: definizione e conseguenze pratiche
In chimica una reazione comporta solitamente la trasformazione degli elementi coinvolti in altrettante sostanze diverse.
Accade, talvolta, che questo processo non porti a conseguenze finali, così determinando una interruzione della reazione: questa fase viene definita di equilibrio chimico.
Vediamone gli aspetti principali e le conseguenze pratiche.
1. Le reazioni chimiche
Ipotizzando di far reagire gli elementi A e B, di cui è nota la compatibilità a provocare un processo chimico, al termine della reazione avremmo come risultato la produzione degli elementi C e D e la totale scomparsa dei prodotti originari. Quando ciò avviene si afferma che la reazione chimica è completa, dal momento che tutti i reagenti coinvolti si sono trasformati nei rispettivi prodotti.
Tuttavia, non tutte le reazioni chimiche sono uguali: infatti, alcune sono capaci di avvenire solo in senso irreversibile (il che accade per la grande maggioranza delle reazioni) e per questo sono complete; altre volte, invece, le reazioni, in presenza di alcuni presupposti, sono incomplete, perché i prodotti formati sono sottoposti a loro volta ad una reazione che restituisce i reagenti di base (si tratta quindi di reazioni reversibili).
2. L’equilibrio chimico: cos’è?
Quando ci si trova dinanzi ad una reazione chimica incompleta, del tipo accennato prima, i reagenti si trasformano in prodotti, i quali a loro volta retroagiscono nei reagenti originari. Questa reazione può procedere n volte, fino a quando raggiunge una situazione di stasi, detta, appunto, di equilibrio chimico. Partendo da questa descrizione è possibile dare una definizione di equilibrio chimico come della condizione dinamica raggiunta da una reazione reversibile, quando la reazione originale e quella inversa avvengono contemporaneamente e nella medesima quantità, di modo che i reagenti trasformati in prodotti sono identici ai prodotti trasformati in reagenti. Quanto detto può essere descritto secondo la seguente equazione: data la reazione H2 (g) + I2 (g), si può definire l’equilibrio (K), come K= [H2]eq/[I2]eq.
Da questa definizione si deriva la Legge dell’Equilibrio Chimico (o dell’Azione di Massa), per cui avendo presente la reazione aA + bB = cC + dD, si deriva che la costante di equilibrio (K) sarà pari al rapporto tra [C]c [D]d e [A]a [B]b.
3. Quali sono le conseguenze pratiche dell’equilibrio chimico?
Quando si verifica una condizione di equilibrio chimico come frutto di una reazione reversibile, il risultato principale è dato dal fatto che le concentrazioni iniziali degli elementi restano intatte; allo stesso tempo, si può evincere la capacità di determinati elementi di avere, una volta sottoposti a reazione, una velocità di reazione uguale tra loro, il che è un elemento molto importante per derivare una serie di conseguenze empiriche. Infatti, un fattore importante che influenza la posizione dell’equilibrio è dato dalla temperatura di reazione: più alta è la medesima più elevato sarà il valore della costante di equilibrio. Questo fattore permette di conoscere in anticipo quale è il limite di temperatura sopportabile dagli elementi coinvolti nella reazione perché quest’ultima possa arrivare ad una situazione di equilibrio chimico: le applicazioni concrete possono spaziare dall’ingegneria allo studio dei prodotti commerciali, passando ovviamente per l’industria farmaceutica e quella alimentare.
Lo stesso può dirsi anche rispetto alla pressione, dal momento che l’alterazione della concentrazione di massa determina una maggiore o minore capacità dei reagenti di raggiungere la condizione di equilibrio chimico.