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.