L’acqua nell’espressione della costante di equilibrio

L’acqua in genere non compare nell’espressione della costante di equilibrio come, ad esempio nella dissociazione di acidi deboli.

Data una reazione di equilibrio del tipo aA + bB ⇌ cC + dD dove a, b, c e d sono i coefficienti stechiometrici delle specie presenti secondo la legge di azione di massa formulata da Peter Waage e Cato Guldberg che esprime quantitativamente la dipendenza delle concentrazioni dei prodotti e dei reagenti vi è una costante detta costante di equilibrio espressa dalla seguente equazione:

K = [C]c[D]d/[A]a[B]b

Vi sono reazioni in cui compare tra i reagenti o tra i prodotti di reazione l’acqua o il solvente. In tal caso bisogna valutare se tale specie compare nell’espressione della costante di equilibrio.

In generale vale la seguente regola: quando una specie la cui concentrazione non varia sensibilmente nel corso della reazione essa non compare nell’espressione della costante.

La concentrazione di una specie non varia significativamente se la sostanza è anche un solvente quindi ad esempio negli equilibri di idrolisi l’acqua agisce sia da solvente che da reagente, tuttavia, non subisce una variazione significativa quindi va omessa. Ad esempio nell’equilibrio di idrolisi dello ione fluoruro:
F + H2O ⇌ HF + OH

nell’espressione della costante K non si inserisce l’acqua:
K = [HF][OH]/[F]

Infatti poiché il valore della costante di equilibrio è molto piccolo la quantità di acqua consumata nella reazione è così piccola da essere considerata trascurabile.

Anche nel caso in cui l’acqua o un qualunque altro liquido sia in equilibrio con la sua fase gassosa la concentrazione del liquido è ritenuta unitaria e quindi non compare nell’espressione della costante:

H2O(l) ⇌ H2O(g)

K = [H2O(g)]

Se invece l’acqua è un prodotto di reazione come nel caso di una reazione di esterificazione essa va inserita nell’espressione della costante. Ad esempio nella reazione di esterificazione tra acido acetico e alcol etilico:

CH3COOH + CH3CH2OH ⇌ CH3COOCH2CH3 + H2O

L’espressione della costante è:
K = [CH3COOCH2CH3][ H2O]/[CH3COOH][CH3CH2OH]

Analogamente si inserisce l’acqua  nell’espressione della costante di equilibrio in una reazione del tipo:

CH4(g) + 2 O2(g) ⇌ CO2(g) + 2 H2O(g)

L’espressione della costante è infatti:

K = [CO2][H2O]2/[CH4][H2O]2

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