Chimie des solutions
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© The scientific sentence. 2007
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Chimie: Les équilibres
1. L'état d'équilibre
Une solution est un mélange homogène de substances. Une
solution peut être gazeuse, liquide ou solide. Le solution la plus
couramment utilisée est la solution liquide.
Exemple:
On mélange 2 grammes de sel (chlorirure de sodium, de formule chimique NaCl)
avec un litre d'eau. Le sel, substante dissoute est appelé soluté. Le milieu
eau dans laquelle ce sel est dissous est appelé solvant. Le
mélange est appelé solution.
La masse molaire de NaCl se calcule comme suit:
Masse molaire (NaCl) = Masse molaire (Na) + Masse molaire (Cl) = 23.00 + 35.45 =
58.45 grammes par mole.
Ainsi 1 gramme de NaCl comporte 1 mole/58.45 et donc
2 grammes de NaCl comporte: 2 moles/58.45 = 2/58.45 moles = 0.03422 moles
= 34.22 mMoles (millimoles).
Nous dirons que 0.03422 moles de NaCL sont présentent dans
un litre de solution, ou que la concentration du NaCl
est de 0.03422 moles/Litre.
On ecrit:
[NaCl] = 0.03422 moles/L.
La réaction suivante:
Zn (s)+ 2 HCl (l) → ZnCl2 (s) + H2 (g) est
une réaction complète, c'est à dire que la réaction
ne se produit pas.
La réaction:
N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (g)
est reversible; c'est une réaction d'équilibre.On l'ecrit plutôt:
N2 (g) + 3 H2 (g) ↔ 2 NH3 (g)
Dans cette réaction, qui est une réaction d'équilibre, quelques moles
de N2 réagissent avec quelques moles de H2 pour former quelques moles
de NH3; qui, inversement, à leur tour se décomposent en N2 et en H2.
Ainsi les réactifs et le produit sont toujours présents. Lorsque le nombre
de moles de réactifs qui ont réagi (allant vers la droite), par unité de temps,
et égal à celui des moles décomposées (allant vers la gauche), on dit que
l'équilibre est atteint. C'est à dire la vitesse de décomposition du
NH3 en N2 et H2 est égale à celle de sa formation
selon le processus inverse. La réaction reste dynamique, mais avec
un débit constant, c'est à dire une vitesse constante.
Bien entendu, une fois l'équilibre est atteint, les concentrations des molécules
dans le mélange ne sont pas forcément égales. Lorsque les concentrations des
produits sont grandes par rapport à celle des réactifs, on dit que la
position d'équilibre est à droite (c'est le cas des réactions qui sont
pratiquement complètes); inversement, il est à gauche (c'est le
cas des réactions très lentes).
2. Principe de Le Chatelier
Comme tout système physique, une perturbation le fait réagir
de façon défensive. Si l'on rajoute de l'azote dans la réaction précédente,
celà favoriserait le production de l'amonniac; inversement par conséquent,
celà favoriserait sa décomposition. Par cet ajout d'azote, de nouvelles
réactions auront lieu dans les deux sens jusqu'au moment où un nouveau
état d'équilibre s'installe. Ceci est traduit par le principe de Le
Chatelier:"Quand une action extérieure modifie un état d'équilibre, le
système réagit de façon à s'opposer à cete action extérieure ".
3. Constante d'équilibre
On caractérise un équilibre chimique par sa constante d'équilibre K
Pour une réaction générale type:
a A + b B ↔ c C + d D,
la constante d'équilibre est péfini par:
K c= [C]c[D]d /[A]a[B]b
Lorsqu'une substance reste pure durant toute la réaction (cas des
solides et liquides), sa concentration ne varie pas. Cette constance de
concentration rentre dans l'expression de la constante d'équilibre, et par
conséquent, elle n'apparait pas dans l'expression littérale de la constante
d'équilibre.
Remarques:
* On précise bien que l'ajout d'une substance faisant partie
de la réaction déplace l'équilibre, mais la constante d'équilibre
demeure constante.
* On constate que dans la réaction de production d'amonniac ci-dessus, toutes
les substances en question sont des gaz.L'équilibre correspondant est dit
homogène.
* Lorsque les substances dans la réaction se présentent dans différentes
phases, on parle d'un équilibre hétérogène. C'est précisément dans
un équilibre hétérogène qu'on aura des liquides pures et des solides pures
pour lequels leur concentrations ne doit pas figurer dans l'expression de
la constante d'équilibre.
* Comme dans l'expression de la constante d'équilibre, il ne figurent que
les concentrations des gaz, en vertu de la loi des gaz parfaits PV = nRT ,
donc P = cRT où c est la concentration du gaz, on peut donc exprimer la constante
d'équilibre d'une réaction en fonction des pressions partelles des gaz dans
le mélange:
Kp = pbc pdd / paa pbb
* On démontre que la constante d'équilibre température est foncction
de la température.
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