Comment calculer la composition à l'équilibre ?

Calcul de la composition à l’équilibre

Dans une réaction chimique réversible, les réactifs sont convertis en produits et les produits sont reconvertis en réactifs. Lorsque les vitesses de la réaction directe et de la réaction inverse s’égalisent, le système atteint l’équilibre chimique. À l’équilibre, les concentrations des réactifs et des produits restent constantes.

Constante d’équilibre (K)

La constante d’équilibre (K) est une valeur qui quantifie le rapport des vitesses de réaction directe et inverse. Elle est définie comme le quotient des concentrations des produits sur les concentrations des réactifs, chacune élevée à sa puissance stoechiométrique :

K = [Produits]/[Réactifs]

où les crochets [ ] représentent les concentrations molaires.

Détermination de la composition à l’équilibre

Connaissant la constante d’équilibre, on peut calculer les concentrations des réactifs et des produits à l’équilibre. Voici les étapes :

1. Écrire l’équation équilibrée de la réaction.
2. Supposer des concentrations initiales. Supposons des concentrations arbitraires pour les réactifs et les produits.
3. Utiliser le tableau d’avancement. Créer un tableau d’avancement pour suivre les changements de concentration au fur et à mesure que la réaction progresse.
4. Établir une équation de la constante d’équilibre. Substituer les concentrations à l’équilibre dans l’expression de la constante d’équilibre.
5. Résoudre l’équation. Résoudre l’équation pour trouver la variable inconnue (généralement la concentration d’un produit).
6. Déduire les autres concentrations. Utiliser les relations stoechiométriques pour déduire les concentrations des autres espèces.

Exemple

Considérons la réaction suivante :

A + B <=> C

avec une constante d’équilibre K = 100. Supposons des concentrations initiales de [A] = 1 M et [B] = 1 M.

À l’équilibre, soit x la quantité de A et de B qui a réagi. La concentration à l’équilibre sera alors :

[A] = 1 - x
[B] = 1 - x
[C] = x

En substituant ces concentrations dans l’expression de la constante d’équilibre, on obtient :

100 = [C]/[(1 - x)(1 - x)]

En résolvant pour x, on trouve :

x = 0,99

Par conséquent, les concentrations à l’équilibre sont :

[A] = 1 - 0,99 = 0,01 M
[B] = 1 - 0,99 = 0,01 M
[C] = 0,99 M

Conclusion

Le calcul de la composition à l’équilibre est essentiel pour comprendre la thermodynamique des réactions chimiques. En connaissant la constante d’équilibre, on peut prédire les concentrations des réactifs et des produits à l’équilibre, fournissant des informations précieuses sur le comportement des systèmes chimiques à l’état d’équilibre.