Che cos'è l'equilibrio chimico?
L'equilibrio chimico si riferisce ad un rapporto stabile tra reagenti e prodotti in una reazione chimica reversibile. In una reazione reversibile, i reagenti non si trasformano completamente in prodotti; piuttosto, smetteranno lentamente di reagire quando viene raggiunto l'equilibrio chimico. La velocità di una reazione è influenzata da molti fattori, tra cui temperatura, fase della materia e presenza di un catalizzatore. Molte reazioni richiedono un input iniziale di energia per iniziare a reagire.
Più fondamentalmente, una reazione chimica è la creazione o la rottura di legami chimici. Un legame chimico si verifica quando forze elettromagnetiche tra atomi o molecole causano un'attrazione tra di loro. Un legame ionico è quando due ioni - atomi caricati in modo opposto - si attraggono direttamente l'un l'altro. Un legame covalente comporta la condivisione di coppie di elettroni tra gli atomi. Questi legami chimici formano nuove sostanze con le loro proprietà chimiche.
Il concetto di equilibrio chimico è correlato all'idea di una reazione reversibile. In effetti, tutte le reazioni chimiche sono in qualche modo reversibili, quindi non vi è alcuna differenza fondamentale tra reagenti e prodotti. Alcune reazioni, tuttavia, hanno un grado non trascurabile di reversibilità: è in queste reazioni che l'equilibrio chimico diventa importante. Quando la reversibilità è enfatizzata nella notazione scientifica, la freccia originale tra reagenti e prodotti viene sostituita da una coppia di frecce uncinate. Questi indicano che la reazione si verifica in entrambe le direzioni.
La velocità con cui viene raggiunto l'equilibrio chimico può variare enormemente. Alcune reazioni sono complete dopo meno di un secondo, mentre altre richiedono molti anni. Sebbene non esista un solo metodo per prevedere una velocità di reazione, è noto che molti fattori hanno ruoli importanti.
Uno di questi fattori è la temperatura. Temperature più elevate consentono a più energia di entrare in un sistema, il che di solito provoca reazioni più rapide. La fase della materia - solida, liquida o gassosa - può anche influenzare la velocità con cui le sostanze raggiungono l'equilibrio chimico. Infine, la presenza di un catalizzatore può accelerare notevolmente una reazione. Un enzima è un tipo di catalizzatore importante nella regolazione del metabolismo degli esseri viventi.
Alcune reazioni non si verificano anche se non sono in equilibrio chimico. Questo perché molte reazioni richiedono un'energia di attivazione. L'idrogeno liquido e l'ossigeno, ad esempio, possono rimanere in contatto fisico senza reagire. Una piccola quantità di energia, tuttavia, può far esplodere sostanzialmente i reagenti e rilasciare molta energia. Lo stesso fenomeno si riscontra quando si brucia la legna, anche se la legna può rilasciare molta energia quando viene bruciata, è sempre necessaria una scintilla o fiamma iniziale per avviare il processo.