Calcolo dell' equilibrio di concentrazione

Essere in grado di calcolare le concentrazioni di equilibrio è essenziale per molti settori della scienza e della tecnologia, ad esempio nella formulazione e nel dosamento di prodotti farmaceutici. Dopo che un farmaco viene ingerito o iniettato, è tipicamente coinvolto in diversi equilibri chimici che influenzano la sua concentrazione finale nel sistema corporeo di interesse. La conoscenza degli aspetti quantitativi di questi equilibri è necessaria per calcolare una quantità di dosaggio che solleciterà l’effetto terapeutico desiderato.

Un tipo più impegnativo di calcolo dell’equilibrio può essere quello in cui le concentrazioni di equilibrio sono derivate dalle concentrazioni iniziali e da una costante di equilibrio. Per questi calcoli, un approccio in quattro fase è in genere utile:

1. Identificare la direzione in cui la reazione procederà per raggiungere l’equilibrio.
2. Sviluppare una tabella ICE.
3. Calcolare le variazioni di concentrazione e, successivamente, le concentrazioni di equilibrio.
4. Confermare le concentrazioni di equilibrio calcolate.

Calcolo delle concentrazioni di equilibrio

In determinate condizioni, la costante di equilibrio K_c per la decomposizione di PCl₅(g) in PCl₃(g) e Cl₂(g) è 0,0211. La procedura di cui sopra può essere utilizzata per determinare le concentrazioni di equilibrio di PCl₅, PCl₃e Cl₂ in una miscela che inizialmente conteneva solo PCl₅ ad una concentrazione di 1,00 M.

Passo 1. Determinare la direzione in cui procede la reazione.

L’equazione bilanciata per la decomposizione di PCl₅ è

Poiché inizialmente è presente solo il reagente, Q_c = 0, e la reazione procederà a destra.

Passo 2. Sviluppare una tabella ICE.

Passo 3. Risolvi il cambiamento e le concentrazioni di equilibrio.

Sostituendo le concentrazioni di equilibrio nell’equazione costante di equilibrio si ottiene

Un’equazione della forma ax² + bx + c = 0 può essere riorganizzata per risolvere x:

In questo caso, a = 1, b = 0,0211 e c = −0,0211. Sostituendo i valori appropriati con a, be c vengono restituiti:

Le due radici del quadratico sono, quindi,

Per questo scenario, solo la radice positiva è fisicamente significativa (le concentrazioni sono pari a zero o positive), e quindi x = 0,135 M. Le concentrazioni di equilibrio sono

Passo 4. Confermare le concentrazioni di equilibrio calcolate.

La sostituzione nell’espressione per K_c(per controllare il calcolo) dà

La costante di equilibrio calcolata dalle concentrazioni di equilibrio è uguale al valore di K_c dato nel problema (se arrotondato al numero proprio di cifre significative).

Questo testo è stato adattato da Openstax, Chimica 2e, Sezione 13.4 Calcoli di equilibrio.