Équilibre chimique simplifié

Définition :

L'équilibre chimique est un état d'un système où les réactions directe et inverse ont lieu à la même vitesse, entraînant des concentrations constantes des réactifs et produits au cours du temps.

\( aA + bB \rightleftharpoons cC + dD \)

Réaction chimique inversible

\( K = \frac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b} \)

Constante d'équilibre

Exemples de réactions à l'équilibre :

• H₂ + I₂ ⇌ 2HI
• N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
• CH₃COOH + H₂O ⇌ CH₃COO⁻ + H₃O⁺

Caractéristiques de l'équilibre

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Réactions directe et inverse continues

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Concentrations constantes dans le temps

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Vitesse de la réaction directe = inverse

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Constante d'équilibre K dépend de la température

État d'équilibre

À l'équilibre :

• Les réactions ne s'arrêtent pas
• Les concentrations restent constantes
• Le quotient de réaction Q = K
• L'avancement est stable

Quotient de réaction :

\( Q_r = \frac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b} \)
• Si Q_r < K : évolution vers la droite
• Si Q_r > K : évolution vers la gauche
• Si Q_r = K : équilibre atteint

Facteurs influençant l'équilibre

Principe de Le Chatelier :

Lorsqu'on applique une contrainte à un système à l'équilibre, le système évolue dans le sens qui tend à s'opposer à cette contrainte : • Augmentation de la concentration → déplacement opposé • Augmentation de la pression → déplacement vers moins de gaz • Augmentation de la température → réaction endothermique favorisée

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K ne dépend que de la température

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Les catalyseurs n'affectent pas l'équilibre

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L'équilibre peut être dynamique

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La constante K peut être très grande ou très petite

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L'équilibre est atteint quelle que soit l'origine

Applications

Synthèse industrielle :

• Synthèse de l'ammoniac : N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
• Conditions optimisées pour favoriser NH₃

Équilibres acido-basiques :

• CH₃COOH + H₂O ⇌ CH₃COO⁻ + H₃O⁺
• Constante Ka pour les couples acide/base

Équilibres de dissolution :

• AgCl(s) ⇌ Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq)
• Produit de solubilité Ks