L'EQUILIBRE

L'EQUILIBRE CHIMIQUE

Les concentrations [ ] sont exprimées en mole/l

Définition d’un équilibre chimique, expression de la constante d’équilibre.

Les réactions réversibles sont en état d’équilibre lorsque les réactions directe et inverse se font à la même vitesse.
Un équilibre est caractérisé par sa constante d’équilibre K_c^t (Cf vitesse de réaction)

Par exemple :

a A + b B <----------------> g C + d D

		[C]^g .[D]^d
[ ] en mole/l	K_c^t =	--------
		[A]^a .[B]^b

Cette constante est définie dans la phase homogène ou se produisent les réactions chimiques.

Ainsi pour les réactions qui mettent en jeu par exemple une solution (ou un gaz) et un solide, la phase solide peut être considérée comme un réservoir de matière vis à vis de la solution (ou du gaz) où se déroulent la ou les réactions. La concentration dans la phase homogène de la substance solide est constante et n’intervient pas dans l’expression de K_c^t.
Exemple :

CaCO₃solide <---------> CaO solide + CO₂gaz

K_c^t = [CO₂]

Equilibre en phase gazeuse

L’équation des gaz parfaits indique que pour un gaz, pression, volume, température et nombre de moles sont reliés par l’expression :

P.V = n.R.T

Cette relation s’applique à chaque constituant x du mélange gazeux, P_x étant la pression partielle et n_x le nombre de moles et également au mélange gazeux, P_T étant la pression totale et N_T le nombre de mole totale.

P_T = S P_x et N_T = S n_x

Il est important de noter que dans un mélange gazeux, il y a proportionnalité entre pression et nombre de moles :

P_A/n_A = P_B/n_B = Pc/n_C = P_D/n_D = P_T/N_T= (R.T)/V

R est une constante de proportionnalité qui dépend des unités choisies pour la pression et le volume.T est la température absolue

Or [X] = n_x/V par conséquent [X] = P_x/(R.T)

On définit ainsi pour les équilibres en phase gazeuse une autre constante K_p^tqui relie les pressions partielles des constituants de l’équilibre :

a A _gaz + b B _gaz <---------------> g C _gaz + d D _gaz

		P_C^g.P_D^d
	K_p^t =	-------
		P_A^a.P_B^b

K_p^t et K_c^t sont reliés par la relation K_c^t = K_p^t .(R.T)^{(a +b )-(g +d )}

Par exemple pour l’équilibre de dissociation du calcaire, K_p^t = P_CO2

Calcul d’une composition à l’équilibre

équilibre	a A	+	b B	<------>	g C	+	d D
moles départ	m		n		o		p
moles à l’équilibre	m-a.X		n-b.X		o+g.X		p+d.X
[ ] à l’équilibre	(m-a.X)/V		(n-b.X)/V		(o+g.X)/V		(p+d.X)/V

V étant le volume du réacteur.

	[ (o+g.X)/V ]^g . [ (p+d.X)/V ] ^d
K_c^t =	----------------------	Résolution en X
	[(m-a.X)/V ] ^a . [ (n-b.X)/V ] ^b

Cas particulier :

Si l’équilibre s’établit sans variation du nombre total de moles, alors V n’intervient pas.

Aspect énergétique des équilibres

Déplacement d’un équilibre

Exercices