Modifiche
dell'equilibrio chimico
Materiali occorrenti:
Rame trucioli - Cromato di Potassio - Bicromato di Potassio -
Acido cloridrico sol. 0.1 M - Idrossido di sodio sol. 0.1 M -
Acido nitrico sol. 65 % - Metilarancio sol. 0.1 % - Cloruro di bario
sol. 5 % - Vetreria.
Esecuzione dell'esperienza:
Parte prima: spostamenti d'equilibrio al
variare della temperatura:
Si pongono dei trucioli di rame in una provetta e si
fanno reagire con 1 o 2 mL di acido nitrico sol. 65 % ; si
chiude velocemente la provetta con un tappo munito di tubo di
sviluppo e si raccoglie il gas prodotto, di colore bruno, in un palloncino,
chiudendolo immediatamente con un tappo in gomma.
Il gas che si è formato è il biossido di azoto ( NO2 ) derivante dalla reazione:
3Cu + 6HNO3
+ 2HNO3
¾®3Cu(NO3)2
+ 4H2O + 2NO
cui segue la:
2NO + O2 (dall'aria)
¾® 2NO2
Si pone quindi il palloncino in un freezer e lo
si lascia raffreddare per almeno 15 minuti. Dopo il raffreddamento
lo si estrae e si osservano la scomparsa del gas di colore bruno
e la formazione di cristalli azzurri di tetraossido di diazoto
( N2O4
).
Con il ritorno alla temperatura ambiente - è
sufficiente tenere il palloncino tra le mani - detti cristalli
evaporeranno dissociandosi nel gas biossido di azoto ( NO2
).
Quanto osservato dimostra che si è stabilito
un equilibrio dinamico ed una reattività del sistema tendente
a neutralizzare lo stimolo esterno.
L'equilibrio
dissociazione-sintesi può essere così descritto:
dissociazione
¾®
calore + N2O4
¬¾¾¾®
2NO2 - calore (
DH =
+13.7 Kcal/mol. )
¬¾sintesi
Parte seconda: spostamenti d'equilibrio al
variare delle concentrazioni:
Si sciolgono in due provette contenenti 4 o 5
mL di acqua distillata alcuni cristallini di cromato di
potassio ( K2CrO4
); in altre due provette si sciolgono alcuni cristallini di bicromato
di potassio ( K2Cr2O7
). La soluzione di ioni cromato assume colore giallo,
mentre quella di ioni bicromato risulta di colore arancio.
Si prende una delle provette contenente ioni
cromato e ad essa si aggiungono poche gocce di acido
cloridrico sol. 0.1 M osservando il viraggio del giallo
all'arancio. Si aggiungono, quindi, alcune gocce di idrossido
di sodio sol. 0.1 M verificando che il sistema regredisce al colore giallo
di partenza.
Si prende, a questo punto, una delle provette
contenente ioni bicromato e ad essa si aggiungono alcune
gocce di idrossido di sodio sol. 0.1 M osservando il
viraggio dell'arancio al giallo paglierino. Aggiungendo alcune
gocce di acido cloridrico sol. 0.1 M il sistema regredisce
al colore arancio originario.
Le altre due provette servono come confronto
dei colori originali.
Quanto accaduto dimostra che si sono stabiliti
due equilibri analoghi dovuti uno all'attività degli ioni H+
e l'altro a quella degli ioni OH - .
Nel primo caso si ha:
2CrO42 - + 2H +
¬¾¾¾®Cr2O72 - + H2O (
da giallo ad arancio )
Nel secondo caso si ha:
Cr2O72 - + 2OH -
¬¾¾¾®2CrO42 - + H2O (
da arancio a giallo)
Ulteriore conferma di quanto avvenuto la si
può avere trattando le due soluzioni con alcune gocce di cloruro
di bario sol. 5% ; si osserva la formazione di un precipitato
giallo di cromato di bario ( BaCrO4
) solo nella provetta contenente ioni cromato; nessun precipitato
si forma nella provetta contenente gli ioni bicromato.
Si può dedurre che, aumentando la
concentrazione di uno dei fattori di equilibrio ( H +
e OH - ), il sistema opera per farla diminuire;
al contrario, diminuendo la concentrazione di uno dei fattori predetti,
il sistema agisce per ripristinarla ai valori originari.
Analoga esperienza si può effettuare
utilizzando l'indicatore metilarancio.
Questo in condizioni d i pH <3 è rosso
mentre a pH >3 diviene giallo, secondo la
reazione di equilibrio:
MetSO3H
+ H2O
¬¾¾¾®H3O+
+ MetSO3- ( da rosso a giallo )
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