Informazioni su questo esperimento
Esplora una reazione gassosa reversibile tra N₂O₄ pallido e NO₂ marrone. In questo modello endotermico, il riscaldamento favorisce la dissociazione, mentre la compressione favorisce il lato con meno molecole di gas. Confronta le due velocità di reazione: all’equilibrio dinamico diventano uguali, anche se entrambe le reazioni continuano. Ogni modifica di un parametro avvia una nuova esecuzione con le quantità iniziali selezionate.
Obiettivi di apprendimento
- Distinguere l’equilibrio dinamico da una reazione che si è fermata
- Prevedere gli effetti della temperatura, del volume e della concentrazione iniziale sulla composizione all’equilibrio
- Collega le velocità di reazione diretta e inversa, uguali all’equilibrio, al quoziente delle concentrazioni all’equilibrio.
- Applica il principio di Le Chatelier alle variazioni di temperatura e volume
- Spiega perché una variazione del volume non cambia Kc, ma modifica le quantità all’equilibrio
Come si usa
- 1Esegui la simulazione a 298 K e 1 L finché le due letture della velocità non si avvicinano all’uguaglianza. Confronta le due concentrazioni.
- 2Aumenta la temperatura a 350 K, avvia la nuova esecuzione e confronta la concentrazione finale di NO₂ marrone e Kc.
- 3A temperatura costante, riduci il volume e confronta le quantità finali, le concentrazioni e la pressione.
- 4Aggiungi un po’ di NO₂ iniziale con il cursore della quantità iniziale di NO₂ e osserva la velocità iniziale della reazione inversa e l’avvicinamento all’equilibrio.
- 5Imposta il volume su 5 L e confronta il tempo necessario per raggiungere l’equilibrio con il caso da 1 L.
Il modello
Ipotesi
- Il gas è ideale, ben miscelato e mantenuto a temperatura uniforme e volume fisso durante ogni simulazione.
- I parametri didattici scelti sono Kc = 0.006 mol/L a 298 K, un'entalpia di reazione di 57 kJ/mol e una costante di velocità della reazione inversa di 5 L/(mol s). Sono puramente illustrativi e non costituiscono un insieme di dati sperimentali adattato.
- La costante di velocità della reazione inversa viene mantenuta fissa, mentre quella della reazione diretta è pari a kr per Kc. La soluzione analitica conserva esattamente gli equivalenti di NO₂.
- Ogni esecuzione inizia con 0,10 mol di N₂O₄ e la quantità selezionata di NO₂. Le icone delle particelle identificano le specie e non rappresentano strutture atomiche accurate.
Provalo in classe
- Q1Perché in questo modello il gas marrone diventa più abbondante quando la temperatura aumenta?
- Q2La compressione riduce necessariamente la concentrazione finale di NO₂, oppure quantità e concentrazione possono cambiare in modo diverso?
- Q3All'equilibrio, perché entrambe le velocità di reazione possono essere positive mentre la variazione netta della concentrazione è zero?
- Q4Una beuta chiusa contenente un gas marrone viene messa in acqua ghiacciata. Che cosa succede al colore e perché?
- Q5Un catalizzatore accelererebbe entrambe le reazioni allo stesso modo. Cambierebbe le concentrazioni finali?
Domande frequenti
Cambiare il volume modifica Kc?
A temperatura costante, no. Il volume modifica le concentrazioni e quindi sposta le quantità all'equilibrio. Nel modello termodinamico selezionato, Kc cambia con la temperatura.
Perché il riscaldamento crea una nuova curva a partire dal tempo zero?
I controlli confrontano prove distinte in sistemi chiusi, a partire dalle quantità iniziali selezionate. Non simulano né un aumento graduale della temperatura né la compressione di un pistone durante un'unica prova continua.
Perché si usano N₂O₄ e NO₂ come esempio?
È una classica dimostrazione didattica perché il NO₂ è marrone e il N₂O₄ è quasi incolore. Le provette sigillate contenenti la miscela gassosa si scuriscono visibilmente in acqua calda e si schiariscono in acqua ghiacciata, rendendo facili da osservare gli spostamenti dell’equilibrio.