I.1.3.4. Influența presiunii asupra echilibrului chimic

Modificarea presiunii unui sistem aflat în echilibru poate conduce la două situații:

a) Creșterea presiunii unui sistem aflat în echilibru deplasează echilibrul în sensul reacției cu volum mai mic (cu număr mai mic de moli).

b) Scăderea presiunii unui sistem aflat în echilibru deplasează echilibrul în sensul reacției cu volum mai mare (cu număr mai mare de moli).

De exemplu, la creșterea presiunii (400 atm) echilibrul este deplasat spre dreapta cu formarea amoniacului (NH₃). La scăderea presiunii echilibrul este deplasat spre stânga cu formarea N₂ și H₂.

🔦 Observație

Reacțiile reversibile care au loc fără variația volumului (numărului de moli) nu sunt influențate de variația presiunii, cum este de exemplu sinteza acidului iodhidric.

👀 Experiment: Influența presiunii asupra echilibrului de formare a amoniacului
🔥 Atenție! Experiment demonstrativ efectuat numai de profesor!
🔥 Atenție! Azotatul de potasiu este un puternic oxidant!
🔥 Atenție! Hidroxidul de potasiu este extrem de caustic!
🔥 Atenție! Pulberea de fier este inflamabilă!

Materiale necesare:
Pulbere de Fe, KNO₃, KOH, HCl concentrat, apă distilată, eprubete, clește de lemn, pahar Berzelius, balon cotat cu capac, gheață, spirtieră, chibrit, baghetă, dop de plută perforat prevăzut cu furtun.

Mod de lucru:

• Într-o eprubetă amestecă 20 de părți pilitură de fier și o parte azotat de potasiu.
• Încălzește cu grijă eprubeta în flacăra unei spirtiere, până apare o mică incandescență în amestec. Reacția este extrem de exotermă și trebuie încălzită numai până se declanșează.
• Introdu un băț de chibrit aprins la gura eprubetei.
• Ce observi?

  Din cauza degajării de azot chibritul se stinge, deoarece azotul nu arde și nu întreține arderea.

6KNO₃ + 10Fe → 3K₂O + 5Fe₂O₃ + 3N₂ ↑

• Într-o eprubetă amestecă 20 de părți pilitură de fier și o parte hidroxid de potasiu.
• Adaugă câteva picături de apă.
• Încălzește cu grijă eprubeta în flacăra unei spirtiere.
• Introdu un băț de chibrit aprins la gura eprubetei.
• Ce observi?

  Hidrogenul degajat face poc!, deoarece în amestec cu oxigenul din aer este exploziv.

2KOH + 2Fe + 2H₂O → 2KFeO₂ + 3H₂ ↑

• Amestecă părți egale din cele două amestecuri și pune-le într-o eprubetă, închisă cu un dop perforat cu tub.
• Încălzește cu grijă eprubeta în flacăra unei spirtiere, până apare o mică incandescență în amestec. Reacția este extrem de exotermă și trebuie încălzită numai până se declanșează.
• Adu la gura furtunașului o baghetă înmuiată în HCl concentrat.
• Ce observi?

  Se formează un fum alb de clorură de amoniu.

Azotul și hidrogenul format, prin încălzire s-au combinat (fierul are rol și de catalizator), formând amoniac.

2N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃ ↑

La creșterea temperaturii, crește și presiunea amestecului de azot și hidrogen. Prin urmare, la creșterea presiunii echilibrul este deplasat spre dreapta cu formarea amoniacului (NH₃), deoarece este favorizată reacția cu volum mai mic (cu număr mai mic de moli).

Reacția globală este:
3KOH + 4Fe + KNO₃ → 4FeO + 2K₂O + NH₃ ↑

Amoniacul reacționează cu acidul clorhidric cu formarea clorurii de amoniu (fumul alb).
NH₃ + HCl → NH₄Cl ↑

• Colectează amoniacul format într-un balon cotat prin intermediul unui furtun de cauciuc.
• Astupă apoi balonul cotat cu amoniac și introdu-l într-un pahar Berzelius cu apă cu gheață pentru a-i scădea temperatura și presiunea.
• Verifică natura gazului din balon cu un băț de chibrit aprins și cu o baghetă înmuiată în acid clorhidric concentrat.
• Ce observi ?

  La apropierea baghetei cu HCl de gura balonului nu se mai formează fumul alb. Chibritul aprins la gura eprubetei se stinge.

La scăderea temperaturii amoniacului gazos din balon scade și presiunea acestuia. Conform principiului lui Le Châtelier, la scăderea presiunii echilibrul este deplasat spre stânga cu formarea N₂ și H₂. Scăderea presiunii unui sistem aflat în echilibru deplasează echilibrul în sensul reacției cu volum mai mare (cu număr mai mare de moli).

👀 Experiment: Influența presiunii asupra echilibrului chimic
🔥 Atenție! Experiment demonstrativ efectuat numai de profesor sub nișă!
🔥 Atenție! Acidul azotic este extrem de caustic!
🔥 Atenție! Gazul rezultat, dioxidul de azot este extrem de toxic și coroziv!

Materiale necesare:
Cu, HNO₃ conc., balon cotat, dop de vată, seringă, spirtieră, patent.

Mod de lucru:

• Într-un balon cotat pune o granulă de cupru. Adaugă acid azotic concentrat și astupă balonul cu un dop de vată.
• Ce observi?

  Se observă degajarea unui gaz brun de NO₂.

3Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 4H₂O + 2NO↑

2NO + O₂ = 2NO₂ ↑

• Trage din balon cu o seringă gazul brun de hipoazotită (NO₂).
• Încălzește în flacăra spirtierei vârful seringii până se înmoaie puțin plasticul și apoi, cu ajutorul unui patent, turtește plasticul pentru a etanșeiza gazul din seringă.
• Deplasează pistonul seringii în jos pentru a micșora volumul gazului și a-i crește presiunea.
• Ce observi?

  Inițial gazul își intensifică culoarea brună datorită creșterii concentrației NO₂. Apoi se observă decolorarea gazului brun. La creșterea presiunii este favorizată reacția de dimerizare, echilibrul fiind deplasat spre transformarea dioxidului de azot (gaz brun) în tetraoxidului de diazot (N₂O₄), gaz incolor. Creșterea presiunii unui sistem aflat în echilibru deplasează echilibrul în sensul reacției cu volum mai mic (cu număr mai mic de moli).

• Deplasează pistonul seringii în sus pentru a mări volumul gazului și a-i scădea presiunea.
• Ce observi?

  Inițial gazul se decolorează și mai mult datorită scăderii concentrației N2O4. După un timp se observă colorarea gazului în brun. La scăderea presiunii este favorizată reacția de formare a dioxidului de azot, echilibrul fiind deplasat spre transformarea tetraoxidului de diazot (N₂O₄), gaz incolor, în hipoazotită (NO₂), gaz brun. Scăderea presiunii unui sistem aflat în echilibru deplasează echilibrul în sensul reacției cu volum mai mare (cu număr mai mare de moli).