Qu'est-ce que l'equilibre chimique ?
Un equilibre chimique est atteint lorsque les vitesses des reactions directe et inverse sont egales. Les concentrations des reactifs et des produits ne varient plus macroscopiquement, bien que les reactions continuent au niveau moleculaire. C'est un equilibre dynamique.
Attention : la double fleche ⇌ indique une reaction reversible. A l'equilibre, les deux reactions (directe et inverse) se compensent exactement, mais les concentrations ne sont pas necessairement egales.
Constante d'equilibre K
Pour la reaction aA + bB ⇌ cC + dD, la constante d'equilibre est definie par :
K ≫ 1 : l'equilibre est deplace vers les produits. La reaction directe est favorisee. La reaction est quasi-totale.
K ≈ 1 : les concentrations des reactifs et produits sont du meme ordre de grandeur a l'equilibre.
K ≪ 1 : l'equilibre est deplace vers les reactifs. La reaction inverse est favorisee. Tres peu de produit forme.
K ne depend que de la temperature. Elle ne change pas si on modifie les concentrations ou la pression.
Quotient reactionnel Q
Le quotient reactionnel Q a la meme expression que K mais est calcule a un instant quelconque (pas forcement a l'equilibre). Il permet de predire l'evolution du systeme.
Q < K : la reaction evolue dans le sens direct (→)
Il n'y a pas assez de produits. Le systeme forme plus de produits pour atteindre l'equilibre.
Q = K : le systeme est a l'equilibre
Les concentrations ne varient plus. Les vitesses directe et inverse sont egales.
Q > K : la reaction evolue dans le sens inverse (←)
Il y a trop de produits. Le systeme consomme des produits pour revenir a l'equilibre.
Principe de Le Chatelier
Principe : lorsqu'on modifie les conditions d'un systeme a l'equilibre, celui-ci evolue de maniere a s'opposer a la perturbation et a retablir un nouvel equilibre.
Ajout d'un reactif
Le systeme reagit dans le sens direct pour consommer l'exces de reactif.
Augmentation de temperature
Le systeme evolue dans le sens endothermique pour absorber la chaleur ajoutee. (K change car depend de T)
Augmentation de pression (gaz)
Le systeme evolue dans le sens qui diminue le nombre de moles de gaz.
Ajout d'un catalyseur
Aucun deplacement d'equilibre ! Le catalyseur accelere la reaction directe ET inverse. L'equilibre est atteint plus vite mais ne change pas.
Exemple concret : procede Haber
Pression elevee (200 atm)
4 moles de gaz → 2 moles de gaz. La haute pression favorise le sens direct (moins de moles gazeuses).
Temperature (450 °C)
Exothermique → basse T serait favorable. Mais a basse T la reaction est trop lente. Compromis cinetique/thermodynamique a 450 °C.
Ce qu'il faut retenir
- 1. L'equilibre chimique est un etat dynamique ou v(directe) = v(inverse).
- 2. K ne depend que de la temperature. K ≫ 1 favorise les produits.
- 3. Comparer Q et K permet de predire le sens d'evolution.
- 4. Le Chatelier : le systeme s'oppose a toute perturbation imposee.
- 5. Un catalyseur ne deplace jamais l'equilibre.
