Constante d'équilibre

Infos
En chimie, une constante d'équilibre caractérise l'état d'équilibre d'une réaction. Elle représente donc un état qui ne peut pas évoluer de manière spontanée. La valeur de la constante d'équilibre dépend uniquement de la réaction chimique considérée, de la température. Les constantes d'équilibre sont généralement données à 25°C. Claude-Louis Berthollet fut le premier, en 1803, à comprendre que toutes les réactions chimiques ne sont pas totales. Da
Constante d'équilibre

En chimie, une constante d'équilibre caractérise l'état d'équilibre d'une réaction. Elle représente donc un état qui ne peut pas évoluer de manière spontanée. La valeur de la constante d'équilibre dépend uniquement de la réaction chimique considérée, de la température. Les constantes d'équilibre sont généralement données à 25°C. Claude-Louis Berthollet fut le premier, en 1803, à comprendre que toutes les réactions chimiques ne sont pas totales. Dans son Essai de statique chimique il écrivit la première formule permettant de définir a priori les quantités présentes à l'équilibre. C'est en observant les bords d'un "lac de natron" lors d'une expédition en Égypte avec Bonaparte et Monge qu'il arriva à cette conclusion, originale pour l'époque. Les bords du lac salé étaient couverts de carbonate de sodium. Il établit que les deux réactifs (du chlorure de sodium -du sel- et du carbonate de calcium) réagissent aussi avec les produits de réaction.

Définition

En considérant l'équation chimique suivante : 0 = \sum_^N \nu_ A_ ; où
- Ai est une espèce chimique
- νi est le coefficient stoechiométrique de l'espèce Ai (ν est positif pour les produits de la réaction et négatif pour les réactifs)
-N le nombre de constituants la constante d'équilibre est définie par la relation : K= \prod_^N \alpha_^\nu_i ; où
- αi eq est l'activité chimique de l'espèce i à l'équilibre
- \prod \, est l'opérateur produit. La constante d'équilibre K est une grandeur sans unité.

Notion d'activité

L'activité chimique d'une espèce est l'influence de la quantité d'une espèce sur l'énergie libre du système. On peut la définir schématiquement comme la "concentration active" de l'espèce en solution. :De manière simplifiée, l'activité d'une espèce est :
- égale à 1 si l'espèce est un solvant, ou plus généralement une phase pure,
- égale à la concentration molaire de l'espèce sur la concentration de référence C0 que l'on choisie égale à 1 mol.L-1 si l'espèce est un soluté,
- égale au rapport de la pression partielle (en bar) de l'espèce rapportée à une pression de référence p0 que l'on choisie égale à 1 bar si l'espèce un gaz.

Lien avec l'enthalpie libre

L'enthalpie libre standard : \Delta_rG^0_~ d'une réaction chimique effectuée à T et P constante, est reliée à la constante d'équilibre K_~ par la relation : \Delta_r G^0_ = -R.T.ln K_~ où R est la constante des gaz parfaits et T est la température absolue (en kelvin). :D'où K_ = \exp \left( - \frac\Delta_rG^0_ \right )~ La constante d'équilibre est donc une grandeur thermodynamique (elle caractérise l'équilibre du système), et n'a pas d'incidence sur la cinétique (vitesse de réaction) de ce système.

Utilisation

Pour le calcul de la constante d'équilibre, les valeurs des activités des différentes espèces mises en jeu sont prises en compte lorsque l'équilibre de la réaction est atteint. Si l' on change l'activité chimique de l'une des espèces mises en jeu (en changeant la concentration d'une espèce en solution ou la pression partielle d'un gaz), alors l'équilibre est déplacé (si la réaction était en état d'équilibre, à cause de cette modification elle n'est plus à l'équilibre).

Facteur d'équilibre

Un facteur d'équilibre est une variable d'état qui, lorsqu'elle est modifée, déplace l'équilibre de la réaction.

Variables d'état

Une variable d'état est une variable qui caractérise l'état d'équilibre du système. Par exemple :
- La pression de l'air
- La pression des espèces gazeuses participant à la réaction
- La température ambiante
- Le volume du réacteur
- Les concentration molaires des espèces dissoutes
- ...

Quelques facteurs d'équilibre

Voici une liste non exhaustive des principaux facteurs d'équilibre :
- La température
- Les pressions des espèces gazeuses participant à la réaction
- Les concentrations molaires des solutés (espèces dissoutes) participant à la réaction

Quotient de réaction

Le quotient de réaction permet de caractériser l'état d'avancement d'une réaction, et ainsi de prévoir son évolution. C'est la valeur prise par l'expression de la constante d'équilibre lorsque le système réactionnel est hors équilibre

Formule générale

Q_R = \prod_^N \alpha_^\nu_i ; en fait, la formule est quasiment identique à celle de la constante d'équilibre, mais ici les activités sont prises au moment où la réaction n'est pas terminée et non pas à l'équilibre.

Utilisation

Pour prévoir le sens d'évolution du système on compare constante d'équilibre et quotient de réaction de la réaction étudiée; le système devant évoluer vers QR = K(T):
- Si QR = K(T) le système est à l'équilibre
- Si QR < K(T) le système va évoluer vers une augmentation de la quantité de produits (une diminution de la quantité de réactifs): la réaction progresse.
- Si QR > K(T) le système va évoluer vers une diminution de la quantité de produits (une augmentation de la quantité de réactifs): la réaction régresse.

Constantes d'équilibre particulières

Équilibres acido-basiques : KA, KB

- Lors de la dissolution d'un acide dans l'eau entre en fait en jeu une réaction acide-base du type : (avec AH un acide et A- sa base conjuguée) AH + H2O = A- + H3O+ On définit alors comme constante d'acidité : K_=\frac. (KA est sans unité) Plus la constante d'acidité est grande, plus l'acide se dissocie dans l'eau, et donc plus l'acide est fort. Par commodité on utilise souvent le pKa au lieu du Ka, défini ainsi: pKA = -log10KA; le pKa est souvent tabulé à 25°C.
- Par analogie on définit aussi la constante de basicité KB. (Soit B la base et BH+ l'acide conjugué) B + H2O = BH+ + HO- ; On a alors : K_=\frac et de même pKB = -log10KB

États de réactions entre deux couple acide/base : KA1, KA2

Lors de la reaction dans l'eau d'un acide(AH2) et d'une base(A1-) il est possible de determiner à partir de la constante d'acidité l'état de la reaction : Très peu avancé, équilibre ( = ), Totale.

Formule générale

K=\frac K=\frac K=10^

Utilisation

Si le KA < 10-4 alors on peut dire que la réaction est très peu avancée. Si le 10-4 < KA < 104 alors on peut dire qu'il y a un état d'équilibre. Si le KA > 104 alors on peut dire que la réaction est totale.

Solubilité des sels, le produit de solubilité Ks

Le Ks mesure la solubilisation des sels dans un solvant donné. Si dans le solvant donné, le sel AB se décompose selon l'équation :AB = A^- + B^+\, alors le produit de solubilité Ks est défini par : :K_s=\, (valeurs à saturation, c'est-à-dire à l'équilibre entre sel précipité et sel dissout). Plus Ks est grand, plus le sel étudié est soluble dans le solvant.

Voir aussi

===
Sujets connexes
Acide   Activité chimique   Air   Avancement de réaction   Bar (unité)   Base (chimie)   Chimie   Cinétique chimique   Concentration molaire   Dissolution   Eau   Enthalpie libre   Gaz   Kelvin   Litre   Mole (unité)   Potentiel hydrogène   Pression   Pression partielle   Produit de réaction   Produit de solubilité   Précipité   Réactif   Réaction chimique   Saturation (chimie)   Sel (chimie)   Soluté   Solvant   Température   Thermodynamique   Unité de mesure   Volume  
#
Accident de Beaune   Amélie Mauresmo   Anisocytose   C3H6O   CA Paris   Carole Richert   Catherinettes   Chaleur massique   Championnat de Tunisie de football D2   Classement mondial des entreprises leader par secteur   Col du Bonhomme (Vosges)   De viris illustribus (Lhomond)   Dolcett   EGP  
^