Comment calculer le niveau d'équilibre ?

Comment calculer la constante d’équilibre d’une réaction chimique ?

En chimie, l’équilibre est un état dynamique où les vitesses de réaction directe et inverse sont égales. Cela ne signifie pas que les concentrations des réactifs et des produits sont égales, mais plutôt qu’elles se stabilisent à un certain ratio, défini par la constante d’équilibre (K).

La constante d’équilibre nous permet de comprendre la direction privilégiée d’une réaction réversible et de prédire la quantité de réactifs et de produits présents à l’équilibre. Plus la valeur de K est élevée, plus la réaction est déplacée vers la droite (formation des produits), et inversement.

Déterminer la constante d’équilibre

Pour calculer la constante d’équilibre d’une réaction, nous devons suivre les étapes suivantes :

1. Écrire l’équation chimique équilibrée de la réaction.

Par exemple, considérons la réaction générique réversible suivante :

aA + bB ⇌ cC + dD

où :

• A et B sont les réactifs
• C et D sont les produits
• a, b, c et d sont les coefficients stœchiométriques

2. Écrire l’expression de la constante d’équilibre (K).

La constante d’équilibre est définie comme le rapport des concentrations des produits élevées à leurs coefficients stœchiométriques, divisé par le rapport des concentrations des réactifs élevées à leurs coefficients stœchiométriques, le tout à l’équilibre.

Pour la réaction générique ci-dessus, l’expression de K est :

K = ([C]^c [D]^d) / ([A]^a [B]^b)

où :

• [ ] représente la concentration molaire de chaque espèce à l’équilibre.

3. Déterminer les concentrations à l’équilibre.

Il existe plusieurs méthodes pour déterminer les concentrations à l’équilibre, notamment :

• Méthodes expérimentales: En mesurant directement les concentrations des réactifs et des produits à l’équilibre, par exemple, en utilisant la spectrophotométrie ou la chromatographie.
• Méthodes théoriques: En utilisant un tableau d’avancement ou la méthode ICE (Initial, Change, Equilibrium) pour calculer les concentrations à l’équilibre à partir des concentrations initiales et de la valeur de K.

4. Remplacer les valeurs des concentrations à l’équilibre dans l’expression de K et calculer sa valeur.

Remarques importantes :

• La constante d’équilibre est une valeur sans unité, même si les concentrations sont exprimées en mol/L.
• La valeur de K dépend de la température. Elle est généralement donnée pour une température spécifique.
• L’expression de K ne prend en compte que les espèces aqueuses (aq) et gazeuses (g). Les solides (s) et les liquides purs (l) ne sont pas inclus car leur concentration reste constante.

Conclusion

Calculer la constante d’équilibre d’une réaction chimique est essentiel pour comprendre la position de l’équilibre et prédire l’évolution d’un système chimique. En utilisant les étapes décrites ci-dessus, vous pouvez facilement calculer K à partir des concentrations des réactifs et des produits à l’équilibre.