Équilibre chimique | Chimie générale 3

État dans lequel les réactifs et les produits sont présents à des concentrations qui ne changent plus au fil du temps
⇒ [réactif]_eq = constante; [produit]_eq = constante

L’équilibre chimique est un équilibre dynamique: les réactions directes et inverses continuent de se produire mais les réactifs et les produits se forment à un rythme tel que leur concentration ne change pas
⇒ vitesse de la réaction directe = vitesse de la réaction inverse

Un équilibre chimique peut être atteint à partir de n'importe quelle direction:

• en ne commençant qu'avec tous les réactifs
• en ne commençant qu'avec tous les produits
• en commençant avec un mélange

⇒ à l'équilibre,  $\frac{\mathrm{produits}}{\mathrm{réactifs}}$ = constante pour une température donnée, quelle que soit la concentration initiale

Constante d'équilibre K : rapport des concentrations de produits aux concentrations de réactifs à l'équilibre.
K_C : constante d'équilibre exprimée en termes de concentrations.
K_P : constante d'équilibre exprimée en termes de pressions.

Points importants :

• K = constante à une température donnée
• La concentration d'équilibre est élevée à une puissance égale au coefficient stœchiométrique
• Les réactifs et produits solides/purs liquides n'apparaissent pas dans l'expression de la constante d'équilibre (égal à 1 par convention)

2 H₂ (g) + CO (g) ⇌ CH₃OH (g)

K_C = [CH₃OH]² / [H₂]² [CO]

PCl₃ (l) + Cl₂ (g) ⇌ PCl₅ (s)

K_C = 1 / [Cl₂]

(Par convention [PCl₃] = 1 et [PCl₅] = 1 ; liquide pur et solide pur)

Loi des gaz parfaits : PV = nRT ⇒ P = nRT/V = [gaz]RT

⇒ Les constantes d'équilibre peuvent être exprimées en termes de pressions partielles ⇒ K_P

Relation entre K_P et K_C : K_P = K_C (RT)^∆νgas

avec ∆νgas = coefficients stœchiométriques des produits - coefficients stœchiométriques des réactifs

C (s) + CO₂ (g) ⇌ 2 CO (g)

K_C = [CO₂]² / [CO]²

K_P = [CO₂]² / [CO]² RT = K_C RT

Si un équilibre dynamique est perturbé en changeant les conditions, la position d'équilibre se déplace pour contrecarrer le changement. Les quantités dont le changement peut affecter un équilibre :

• concentration d'un réactif ou d'un produit
• volume de réaction
• pression appliquée
• température

Laissez l'équilibre A (g) + B (g) $\rightleftharpoons$ C (g). Selon le principe de Le Chatelier, la position d'équilibre se déplacera de manière à contrebalancer le changement :

L'ajout d'un catalyseur ne déplace pas la position d'un système d'équilibre

Quotient de réaction Q_C: rapport des concentrations des produits aux concentrations des réactifs à un instant donné
 

CO₂ (g) + H₂ (g) $\rightleftharpoons$ CO (g) + H₂O (g)

Au temps = t, Q_C = $\frac{{\left[\mathrm{CO}\right]}_{\mathrm{t}} {\left[{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\right]}_{\mathrm{t}}}{{\left[{\mathrm{CO}}_2\right]}_{\mathrm{t}} {\left[{\mathrm{H}}_2\right]}_{\mathrm{t}}}$

Si Q_C < K, la réaction se déplacera vers la droite ⇒ formation nette de produit
Si Q_C > K, la réaction se déplacera vers la gauche ⇒ formation nette de réactifs
Si Q_C = K ⇒ équilibre