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Equilibre chimique : constante d'activité et d'équilibre

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Description

Cette séance de cours couvre le concept d'équilibre chimique, où les réactions atteignent un équilibre dynamique. Il explique la constante d'équilibre, les coefficients d'activité et la relation entre le quotient de réaction et la constante d'équilibre. La séance de cours explique également comment calculer la constante d'équilibre, l'effet de la température et de la pression sur l'équilibre et l'utilisation de catalyseurs. En outre, il explore l'impact de l'ajout ou de l'élimination de substances sur l'équilibre, ainsi que le rôle des changements de volume et de température. La présentation se termine par une explication détaillée de l'équation de Van 't Hoff et du calcul quantitatif de la constante d'équilibre à l'aide de l'énergie de Gibbs.

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Constante d'équilibre

En chimie, une constante d'équilibre caractérise l'état d'équilibre d'un système chimique. Elle est donc associée à un état du système qui ne peut pas évoluer de manière spontanée. La valeur de la constante d'équilibre dépend uniquement de la réaction chimique considérée et de la température. Les constantes d'équilibre sont généralement données à . Claude-Louis Berthollet fut le premier, en 1803, à comprendre que toute réaction chimique n'est pas totale.

Équilibre chimique

Un équilibre chimique est le résultat de deux réactions chimiques simultanées dont les effets s'annulent mutuellement. Une réaction telle que la combustion du propane avec l'oxygène, qui s'arrête lorsque l'un des réactifs est totalement épuisé, est qualifiée de réaction totale, complète ou irréversible. À contrario, une réaction comme l'estérification, aboutissant à un mélange stable dans le temps de réactifs et de produits, sans disparition totale de l'une des espèces chimiques, est qualifiée de réaction partielle, incomplète, réversible ou inversible : ce type de réaction aboutit à un équilibre chimique.

Équilibre dynamique

Un équilibre dynamique peut avoir différentes significations : l'équilibre dynamique d'une pièce en rotation est atteint lorsque aucune vibration ne se produit quelle que soit sa vitesse de rotation. équilibre chimique dans lequel une réaction réversible se produit, mais sans modifier globalement le ratio réactif/produit, ces composés étant détruits aussi rapidement qu'ils sont produits, ce qui signifie qu'il n'y a pas de changement net dans la composition du système chimique. C'est un cas particulier d'état stationnaire.

Enthalpie libre

L’enthalpie libre, appelée aussi énergie libre de Gibbs ou simplement énergie de Gibbs, est une fonction d'état extensive introduite par Willard Gibbs, et généralement notée G. Le changement d'enthalpie libre correspond au travail maximal qui peut être extrait d'un système fermé à température et pression fixes, hors le travail dû à la variation de volume. L'enthalpie libre est reliée à l'enthalpie par la formule (où désigne la température et l'entropie), à l'énergie libre par la relation (où désigne la pression et le volume) et à l'énergie interne par la relation .

Produit de solubilité

Le produit de solubilité est la constante d'équilibre correspondant à la dissolution d'un solide dans un solvant. On considère la dissolution d'un solide ionique de formule XY. La dissolution est décrite par la réaction suivante : En utilisant la loi d'action de masse, on obtient la formule : avec a(X) l'activité de l'espèce X. Le composé ionique étant un solide pur, son activité est égale à 1. Les activités des ions dans un milieu aqueux correspondent à leurs concentrations exprimées en moles par litre (), divisées par une concentration de référence C = 1 .

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