Equilibres chimiques

14.08.2014

Equilibres chimiques<o:p></o:p>

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I) Définition de l’équilibre chimique<o:p></o:p>

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- Un système chimique atteint un état d’équilibre lorsque sa composition ne varie plus.<o:p></o:p>

→ Le système n’est pas figé : les vitesses des réactions dans les sens direct et indirect sont identiques.<o:p></o:p>

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II) Description de l’état d’un système<o:p></o:p>

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A) Quotient réactionnel Q = produit des a_i^v_i<o:p></o:p>

Ex : 2 NO_(g) + O₂_(g) = 2 NO₂_(g)<o:p></o:p>

→ Q = a_NO^-2. a_O2^-1. a_NO2^2<o:p></o:p>

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B) Constante d’équilibre K = Q_équil = produit des a_i^v_i, équil<o:p></o:p>

Δ_rG° = -RT.ln(K) → K = e^{- Δ}^r^G°/RT^<o:p></o:p>

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C) Température d’inversion T<o:p></o:p>

- Température pour laquelle a lieu un changement de sens de la réaction : une réaction favorisée dans le sens direct peut être rendue spontanée dans le sens indirect.<o:p></o:p>

- A cette température, on a : K=1 et Δ_rG°=0.<o:p></o:p>

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III) Expressions de l’activité<o:p></o:p>

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A) Cas des équilibres homogènes gazeux<o:p></o:p>

- Pour un gaz parfait, l’activité d’un constituant est : a_i = p_i/P°<o:p></o:p>

Avec p_i : pression partielle du constituant i et P° : pression standard (1bar).<o:p></o:p>

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B) Cas des équilibres homogènes liquides<o:p></o:p>

- L’activité d’un soluté est : a_i = C_i/C°<o:p></o:p>

Avec C_i : concentration du constituant i à l’équilibre et C° : concentration de référence (1mol/L).<o:p></o:p>

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C) Cas des équilibres hétérogènes<o:p></o:p>

- L’activité d’un corps solide est égale à 1, comme pour les solvants (a_H2O=1).<o:p></o:p>

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IV) Sens d’évolution d’un système<o:p></o:p>

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L’avancement correspond au nombre de mole de réactifs consommé à l’instant t :<o:p></o:p>

ξ = (n_l – n₀) / v<o:p></o:p>

Avec v le coefficient stoechiométrique (< 0 pour les réactifs et > 0 pour les produits)<o:p></o:p>

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- Si, à l’état initial, il n’y a que des réactifs → sens direct.<o:p></o:p>

- Si, à l’état initial, il y a des réactifs et des produits, alors :<o:p></o:p>

ü si Q_i < K → la réaction évolue dans le sens direct 1.<o:p></o:p>

ü si Q_i > K → la réaction évolue dans le sens indirect 2.<o:p></o:p>

ü si Q_i = K → le système est à l’équilibre et n’évolue pas.<o:p></o:p>

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V) Influence des conditions opératoires sur l’équilibre<o:p></o:p>

Loi de Le Chatelier : quand un système à l’équilibre est soumis à une perturbation, il évolue dans le sens qui tend à s’opposer à l’effet de cette perturbation.<o:p></o:p>

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A) Influence de la pression<o:p></o:p>

Seulement pour les systèmes constitués d’une ou plusieurs espèces gazeuses.<o:p></o:p>

→ Si on augmente la pression, l’équilibre se déplacera dans le sens direct 1.<o:p></o:p>

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B) Influence de la température<o:p></o:p>

- Pour une réaction exothermique : une élévation de la T° déplace la réaction dans le sens de formation des réactifs.<o:p></o:p>

→ ΔrH° <0 + ΔT >0 = Sens indirect.<o:p></o:p>

- Pour une réaction endothermique : une élévation de la T° déplace la réaction dans le sens de formation des produits.<o:p></o:p>

→ ΔrH° >0 + ΔT >0 = Sens direct.<o:p></o:p>

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- Relation de Van’t Hoff :<o:p></o:p>

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C) Influence de l’ajout d’un constituant actif à T et V constants<o:p></o:p>

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- Si le constituant actif est un solide ou un liquide pur, alors l’ajout de ce constituant n’aura aucun effet sur l’état d’équilibre du système.<o:p></o:p>

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- Si le constituant actif est gazeux, alors l’ajout de ce constituant déplacera l’équilibre dans le sens où l’espèce introduite est consommée.<o:p></o:p>