Constante d’équilibre - Etat d'équilibre d'un système chimique
Constante d’équilibre :
Valeur du quotient de réaction à l’équilibre :
On constate qu’un système chimique finit toujours par
atteindre un état d’équilibre libre, c'est-à-dire état dans lequel les
quantités de matière des différentes espèces qui le constituent ne varient
plus. Comme nous l’avons déjà dit au chapitre précédent, (Réaction chimiques non totales), cela ne signifie pas qu’il ne se
passe plus rien à l’échelle microscopique dans le milieu réactionnel :
chacune des deux réactions proposées par l’équation continue de se produire en
permanence.
Une réaction se fait d’autant mieux que les réactifs qu’elle
requiert sont plus présents. Par ailleurs, certaines réactions sont plus
favorisées que d’autres, parce que donnant des espèces plus stables. Qui réagiront
moins bien entre elles que les espèces d’origine. Considérons alors un
équilibre chimique pouvant se faire dans deux sens : nous appellerons 1 le
sens de gauche à droite et 2 le sens de droit à gauche. Supposons que la
réaction 1 soit beaucoup plus favorisée que la réaction 2. Si notre système
chimique d’origine ne comporte que les espèces du membre de gauche de
l’équation, la réaction 1 va se faire abondamment. On va ainsi voir apparaître
les espèces du terme de droite de l’équation dans le milieu réactionnel. La
réaction 2 se fait moins bien que la réaction 1 ; donc, tant que les
espèces du terme de droite sont en faibles quantité, la réaction 2 ne va pas
donner les espèces du terme de gauche en grandes quantités. Cependant, à mesure
que la réaction 1 se produit, les quantités de matière des espèces du terme de
droite vont croître, et la réaction 2 va se faire d’autant mieux. Arrive un
moment où, bien que la réaction 2 soit moins favorisée que la réaction 1 ,
elle la compense grâce à des quantités de réactifs plus importantes. (fig)
Constante d’équilibre - Etat d'équilibre d'un système chimique
On comprend ainsi pourquoi, à l’équilibre, les espèces les
plus présentes sont celles qui donnent lieu à la réaction la moins favorisée.
La valeur vers laquelle tend le quotient de réaction est donc d’autant plus
élevée que cet équilibre est favorisé vers la droite.
Prenons l’exemple de la mise en solution aqueuse de l’acide
acétique, traitée au chapitre précédent : (Réaction chimiques non totales) : nous avons vu que pour
1,0.10-2 mol d’acide dans 1 L d’eau, on obtenait au final 4,0.10-4
mol d’ion éthanoate. De là nous pouvons déduire qu’il reste en solution 1,0.10-2
– 4,0.10-4 ≈ 9,6.10-3 mol d’acide acétique dans l’eau.
Puisque pour chaque ion éthanoate produit, la réaction produit également un ion
hydronium, la quantité d’ion H3O+ à l’équilibre est égal
à 4,0.10-4 mol (on néglige la quantité d’ion H3O+
présente à l’origine dans le milieu réactionnel, égale à 10-7 mol).
On en déduit ainsi la valeur du quotient de réaction à l’équilibre de cette
réaction à 298 °K et 1 bar.
Constante d’équilibre - Etat d'équilibre d'un système chimique
Qr = (4.10-4 x 4.10-4) / (9,6.10-3)
≈ 1,6.10-5 <<
1
Constante d’équilibre - Etat d'équilibre d'un système chimique
La réaction est donc très favorisée vers la gauche :
les ions éthanoates réagissent mieux avec les ions H3O+
que les molécules d’acide éthanoïque avec l’eau .
Paramètres d’influence :
On se souvient que la description d’un système chimique
consiste en la donnée des quantités de matière des différentes espèces
constituant le système chimique, ainsi que de la pression et de la température.
Or on montre la propriété suivante : la valeur du
quotient de réaction à l’équilibre ne dépend que de la température du milieu
réactionnel. Attention cependant : deux systèmes à la même température,
constitués des mêmes espèces chimiques mais prises en quantités différentes,
n’auront pas à l’équilibre les mêmes quantités de matière de chacune de ces
espèces. En revanche, leurs quotients de
réaction à l’équilibre auront la même valeur (on peut obtenir une même valeur
de Qr à à partir de différents valeurs des contributions des espèces
en jeu).
Constante d’équilibre :
On peut ainsi attribuer à tout équilibre chimique une valeur
particulière, celle de son quotient de réaction à l’équilibre pour une
température donnée. Cette valeur est appelée constante d’équilibre de l’équilibre considéré ; elle ne
dépend que de la température du milieu réactionnel. Elle est en général notée
K, et parfois dotée d’un indice spécifiant le type d’équilibre auquel elle se
rapporte (par exemple, pour les équilibres d’un acide avec l’eau, elle est en
général notée KA).
voir aussi : Paramètres influençant l’état final d’un système chimique - Etat d'équilibre d'un système chimique
Quotient de réaction - Etat d'équilibre d'un système chimique
voir aussi : Paramètres influençant l’état final d’un système chimique - Etat d'équilibre d'un système chimique
Quotient de réaction - Etat d'équilibre d'un système chimique