Costante di equilibrio

Definizione costante di equilibrio

Una costante di equilibrio, Keq, è una variabile che descrive la tendenza di una reazione chimica a procedere al completamento, il che significa che tutti i reagenti vengono convertiti in prodotti. L’equilibrio di una reazione è il punto in cui la conversione dei reagenti in prodotti equivale alla conversione dei prodotti in reagenti.,

Panoramica costante di equilibrio

Una grande costante di equilibrio significa che la reazione procede nella direzione in avanti, dai reagenti ai prodotti, fino a quando quasi tutti i reagenti sono stati convertiti in prodotti. Una piccola costante di equilibrio, o quando Keq è inferiore a uno, significa che la reazione chimica favorirà i reagenti e la reazione procederà nella direzione opposta. Una costante di equilibrio di 1 indica che i reagenti e i prodotti saranno uguali quando la reazione raggiunge l’equilibrio.,

Gli scienziati usano la costante di equilibrio di un’equazione per capire meglio quanto velocemente verrà raggiunto l’equilibrio e se l’equilibrio favorirà reagenti o prodotti. La costante può essere calcolata utilizzando il rapporto tra prodotti e reagenti quando l’equazione ha raggiunto l’equilibrio. La costante di equilibrio è spesso rappresentata dalla variabile Keq, che è definita dall’espressione costante di equilibrio vista di seguito.,

Espressione costante di equilibrio per una reazione

L’espressione costante di equilibrio descrive la concentrazione di prodotti divisa per la concentrazione di reagenti quando la reazione raggiunge l’equilibrio. Questa espressione può essere vista sotto.

la reazione: aA + bB <=> cC + dD

Ogni termine descrive la concentrazione di un reagente o di un prodotto nella reazione di sostanze chimiche A e B si combinano per produrre prodotti C e D., Le lettere minuscole indicano il numero di moli di ciascuna sostanza chimica. Le parentesi attorno a una lettera,, indicano la concentrazione di ogni sostanza chimica, e il pedice indica che la costante di equilibrio è determinata dalla concentrazione di ogni molecola all’equilibrio.

J. Willard Gibbs, un famoso scienziato che ha studiato l’energia presente nelle reazioni, ha dimostrato che la costante di equilibrio era direttamente correlata alla quantità di cambiamento di energia libera che si verifica durante una reazione, denotato G G., Gibbs ha mostrato che ogni reazione ha un cambiamento standard di energia libera, o G G°. Mentre la variazione totale di energia libera di ogni reazione è governata anche dalle concentrazioni iniziali di sostanze chimiche, l’energia libera standard viene calcolata con l’equazione sottostante, utilizzando la costante di equilibrio dell’equazione.

G G° = -RTln(Keq)

Questa equazione mostra che il cambiamento di energia libera standard è semplicemente un altro modo di descrivere le forze motrici di una reazione e in che modo procederanno., Mentre la costante di equilibrio ci dice se avremo più reagenti o prodotti alla fine di una reazione, non accenna a quanto velocemente questa reazione avrebbe avuto luogo. Questa è nota come costante di velocità ed è indicata da una k minuscola. La costante di velocità è correlata a una varietà di altre equazioni relative alla velocità alla quale avvengono le reazioni. La costante di equilibrio è importante per una serie di reazioni biologiche, come si vede negli esempi seguenti.

Esempi di costante di equilibrio

Ionizzazione dell’acqua

L’acqua è la base per tutta la vita sulla Terra., Uno dei motivi principali per cui l’acqua è un solvente così buono è la sua capacità di formare legami idrogeno sia con se stessa che con molecole non d’acqua. Non solo questa capacità consente all’acqua di dissolvere e diffondere i soluti, ma consente anche all’acqua di trasportare una corrente elettrica. Quando l’acqua, H2O, forma legami idrogeno, l’idrogeno viene estratto dall’ossigeno e la molecola si dissocia in uno hydrogen idrogeno (H+) e uno hydroxide idrossido (OH–).

I singoli protoni di idrogeno raramente esistono liberamente in soluzione e formano immediatamente un legame con la molecola d’acqua a cui è stato legato l’idrogeno., Questo forma uno ion idronio, o H3O+. La costante di equilibrio per questa reazione è, quindi, la concentrazione di ioni idrogeno e ioni idrossido, divisa per la concentrazione delle normali molecole d’acqua, come visto di seguito.

La costante di equilibrio di questa reazione può essere misurata la conducibilità elettrica dell’acqua, che è determinata dalla concentrazione di (H3O+)., Gli ioni idronio passano un segnale elettrico sotto forma di trasferimento di elettroni, che può essere misurato da apparecchiature elettriche sensibili. Pertanto, la costante di equilibrio dell’acqua è stata misurata da apparecchiature elettriche sensibili per essere 1,8 x 10-16, il che significa che l’acqua ha una probabilità molto più elevata di essere il reagente H2O, invece di diventare lo ion idronio. Il processo può essere visto nell’immagine qui sotto.,

Celle, Energia Libera e Costante di Equilibrio

anche se la costante di equilibrio è misurata quando una reazione è all’equilibrio, questo non significa che tutte le reazioni sono autorizzati a procedere ad una posizione di equilibrio. Nella cellula, molte reazioni vengono costantemente rifornite con varie sostanze chimiche, il che mantiene le reazioni delle cellule lontane dall’equilibrio. La costante di equilibrio, tuttavia, descrive la tendenza di questi reagenti a formare prodotti., Alcune reazioni sono esergoniche, il che significa che rilasciano energia quando accadono. Queste reazioni hanno un’alta costante di equilibrio, descrivendo la loro tendenza a diventare prodotti.

Si può anche dire che queste reazioni hanno un cambiamento positivo nell’energia libera, nel senso che emettono energia alle reazioni intorno a loro. Altre reazioni importanti sono endergoniche, il che significa che richiedono energia per avere luogo. Queste reazioni hanno una bassa costante di equilibrio, descrivendo la loro tendenza a rimanere come reagenti. Le cellule accoppiano queste reazioni per consentire alle reazioni endergoniche di avvenire., Questo può essere visto in molte reazioni cellulari tipiche che utilizzano l’alta costante di equilibrio dell’ATP che si converte in ADP per guidare reazioni endergoniche, come la formazione di proteine o acidi grassi.