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Equilibre chimique : réactions et constantes

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Description

Cette séance de cours couvre le concept d'équilibre chimique, définissant le quotient de réaction et la constante d'équilibre pour les réactions dans les systèmes homogènes et hétérogènes. Il explique comment prédire la direction d'une réaction sur la base des valeurs de Q et K, et comment les perturbations peuvent déplacer l'équilibre. La séance de cours traite également de l'effet des changements de température sur les constantes d'équilibre, de l'impact de l'ajout ou de l'élimination de substances sur l'équilibre et du rôle des changements de pression et de volume. En outre, il explore le produit de solubilité et sa relation avec les constantes d'équilibre, ainsi que des applications pratiques en chimie industrielle.

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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.

Équilibre thermodynamique

vignette|200px|Exemple d'équilibre thermodynamique de deux systèmes, en l'occurrence deux phases : l'équilibre liquide-vapeur du brome. En thermodynamique, un équilibre thermodynamique correspond à l'état d'un système ne subissant aucune évolution à l'échelle macroscopique. Les grandeurs intensives caractérisant ce système (notamment la pression, la température et les potentiels chimiques) sont alors homogènes dans l'espace et constantes dans le temps.

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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