696 Chapitre 26
Équilibre thermodynamique d’un système chimique
Jusqu’où le système évolue-t-il ?
Un système physico-chimique évolue en principe jusqu’à un état stable appelé état d’équilibre.
Un système fermé est à l’équilibre thermodynamique quand sa température T , sa pression P
et sa composition chimique n’évoluent plus.
Définition : Équilibre thermodynamique
Un système à l’équilibre chimique est caractérisé par un quotient de réaction à l’équilibre Q e .
Un système à l’équilibre chimique vérifie la loi d’équilibre chimique : Q e = K
où Q e est le quotient de réaction à l’équilibre et K la constante d’équilibre de la réaction. Cette
loi signifie que les activités des espèces intervenant dans la réaction prennent, à l’équilibre
chimique, des valeurs telles que le quotient de réaction soit égal à la constante d’équilibre.
Définition : Loi de l’équilibre chimique
Comment savoir si une réaction est intéressante à mettre en œuvre ?
Traitons tout d’abord le cas d’une réaction se déroulant en solution aqueuse dans les conditions
stœchiométriques. Pour cela, nous utilisons le taux d’avancement τ =
ξ
ξ max
=
ξ
n 0
soit ξ = n 0 τ .
A(aq)
+
B(aq)
=
C(aq) + D(aq)
à l’état initial
n 0
n 0
0
0
à l’équilibre
n 0 − n 0 τ e
n 0 − n 0 τ e
n 0 τ e
n 0 τ e
= n 0 (1 − τ e )
=n 0 (1 − τ e )
La loi de l’équilibre chimique impose à l’équilibre :
a C a D
a A a B
= K soit
[C]
c ◦
[D]
c ◦
[A]
c ◦
[B]
c ◦
= K.
Ainsi, K =
n 0 τ e
V c ◦
2
n 0 (1 − τ e )
V c ◦
2 =
τ
2
e
(1 − τ e ) 2 ce qui conduit à τ e =
√
K
1 −
√
K
.
Testons différentes valeurs de constante d’équilibre K et analysons les résultats.
K 10
−6
10
−4
10
−2
1
10
2
10
4
10
6
τ e 0,10% 0,99% 9,09% 50% 90,9% 99,0% 99,9%
Plus K est grand, plus le taux d’avancement est élevé et la réaction est avancée.
• Cas où K > 1 : τ e > 50% c’est-à-dire qu’il y a plus de produits que de réactifs à l’équilibre.
On dit alors que la réaction est thermodynamiquement favorisée dans le sens direct.
• Cas où K < 1 : τ e < 50% c’est-à-dire qu’il y a plus de réactifs que de produits à l’équilibre.
On dit alors que la réaction est thermodynamiquement défavorisée dans le sens direct.
Nous pouvons généraliser la démarche précédente à tout type de réaction chimique.
partagelivrescpge.blogspot.com
Équilibre thermodynamique d’un système chimique
Jusqu’où le système évolue-t-il ?
Un système physico-chimique évolue en principe jusqu’à un état stable appelé état d’équilibre.
Un système fermé est à l’équilibre thermodynamique quand sa température T , sa pression P
et sa composition chimique n’évoluent plus.
Définition : Équilibre thermodynamique
Un système à l’équilibre chimique est caractérisé par un quotient de réaction à l’équilibre Q e .
Un système à l’équilibre chimique vérifie la loi d’équilibre chimique : Q e = K
où Q e est le quotient de réaction à l’équilibre et K la constante d’équilibre de la réaction. Cette
loi signifie que les activités des espèces intervenant dans la réaction prennent, à l’équilibre
chimique, des valeurs telles que le quotient de réaction soit égal à la constante d’équilibre.
Définition : Loi de l’équilibre chimique
Comment savoir si une réaction est intéressante à mettre en œuvre ?
Traitons tout d’abord le cas d’une réaction se déroulant en solution aqueuse dans les conditions
stœchiométriques. Pour cela, nous utilisons le taux d’avancement τ =
ξ
ξ max
=
ξ
n 0
soit ξ = n 0 τ .
A(aq)
+
B(aq)
=
C(aq) + D(aq)
à l’état initial
n 0
n 0
0
0
à l’équilibre
n 0 − n 0 τ e
n 0 − n 0 τ e
n 0 τ e
n 0 τ e
= n 0 (1 − τ e )
=n 0 (1 − τ e )
La loi de l’équilibre chimique impose à l’équilibre :
a C a D
a A a B
= K soit
[C]
c ◦
[D]
c ◦
[A]
c ◦
[B]
c ◦
= K.
Ainsi, K =
n 0 τ e
V c ◦
2
n 0 (1 − τ e )
V c ◦
2 =
τ
2
e
(1 − τ e ) 2 ce qui conduit à τ e =
√
K
1 −
√
K
.
Testons différentes valeurs de constante d’équilibre K et analysons les résultats.
K 10
−6
10
−4
10
−2
1
10
2
10
4
10
6
τ e 0,10% 0,99% 9,09% 50% 90,9% 99,0% 99,9%
Plus K est grand, plus le taux d’avancement est élevé et la réaction est avancée.
• Cas où K > 1 : τ e > 50% c’est-à-dire qu’il y a plus de produits que de réactifs à l’équilibre.
On dit alors que la réaction est thermodynamiquement favorisée dans le sens direct.
• Cas où K < 1 : τ e < 50% c’est-à-dire qu’il y a plus de réactifs que de produits à l’équilibre.
On dit alors que la réaction est thermodynamiquement défavorisée dans le sens direct.
Nous pouvons généraliser la démarche précédente à tout type de réaction chimique.
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