Qu’est ce que : Définition de la vitesse de réaction et de l’équilibre chimique

Une réaction est en équilibre chimique lorsque la vitesse de la réaction directe est égale à la vitesse de la réaction inverse. Candela Rocío Barbisan | Déc. 2021Ingénieur chimisteToute réaction chimique a une certaine spontanéité vers l’équilibre, et pour l’étudier nous le faisons à travers le signe de ∆G, énergie libre de Gibbs, ce qui implique que, par la valeur de cette grandeur nous pouvons prédire si une réaction se produira dans une certaine direction ou non.
La variation de l’énergie libre de Gibbs est exprimée, en général, dans des conditions standard, comme la différence entre les énergies des produits et des réactifs également dans des conditions standard :
Alors que, si la réaction se produit dans des conditions non standard, la relation entre ∆Gº et ∆G est déterminée par l’expression suivante :
Où Q est le quotient de réaction.Pour comprendre l’implication de la vitesse de réaction et de l’équilibre chimique, nous devons étudier le signe de ∆G :
Si ∆G est négatif, cela implique que la réaction est spontanée (se produit) au sens direct du terme.
Si ∆G est positif, cela implique que la réaction n’est pas spontanée (ne se produit pas) au sens direct du terme.
Alors que, si ∆G=0, il n’y aura pas de changement, puisque le système est en équilibre, et comme déjà mentionné, la vitesse de réaction directe est égale à la vitesse de réaction indirecte. Cela implique que le quotient de réaction Q est égal à la constante d’équilibre K, il n’y a donc aucune tendance à favoriser une direction spécifique de la réaction.
Puisque Q est défini comme :
Pour une réaction générique :
Alors que K prend la même forme, mais avec les concentrations à l’équilibre.
Si l’on revient au cas où le ∆G est négatif, cela implique que le quotient de réaction Q est inférieur à K (constante d’équilibre), ce qui implique que les concentrations de produits sont plus faibles qu’elles ne devraient l’être si la réaction était à l’équilibre. Par conséquent, en termes de spontanéité, elle devient spontanée au sens direct.
Alors que, si le ∆G est positif, il y aura une prépondérance de produits par rapport à ce qu’il devrait y avoir si le système était à l’équilibre, Q étant supérieur à K. Ainsi, la réaction est spontanée au sens inverse.
Il faut noter que la définition stricte de Q et K est donnée en termes d’activités des produits et des réactifs, définissant l’activité en termes de concentration ou de pressions comme :
Soit :
Il s’ensuit que Q et K sont sans dimension et peuvent être exprimés sous forme de concentrations ou de pressions partielles.
Lorsque les concentrations ou les pressions partielles des produits et des réactifs restent constantes dans le temps, la situation est celle d’un équilibre chimique, alors qu’une situation d’équilibre dynamique est atteinte parce que les vitesses de réaction directe et inverse sont identiques. Il est important de souligner le caractère dynamique de l’équilibre. La vitesse à laquelle les produits et les réactifs sont formés et consommés est la même, c’est pourquoi les concentrations ou les pressions partielles ne varient pas.
Si l’on s’éloigne de la situation d’équilibre, certaines espèces prédominent sur d’autres, d’où l’expression reliant la vitesse de réaction directe et inverse, Kc :
Supposons la réaction vue ci-dessus :
Kd et Ki étant respectivement les constantes de vitesse de réaction directe et inverse.
Encore une fois, si Kc>1, cela implique que Ki est inférieur à Kd, donc qu’il y a un haut degré de conversion des produits en réactifs. Dans ce cas, l’équilibre est déplacé vers les produits.
Inversement, si Kc<1, ce qui implique que la vitesse de la réaction directe est inférieure à celle de la réaction indirecte et qu'il y a une faible consommation de réactifs, l'équilibre est déplacé vers les réactifs. Alors que, si Kc=1, les taux sont égaux et le système est en équilibre. Il est important de définir deux points : tout d'abord, la valeur de cette constante dépend exclusivement de la température et, à son tour, varie en fonction de la grandeur utilisée pour exprimer les concentrations ou les pressions des produits et des réactifs. Enfin, la loi de l'équilibre chimique est adaptée aux solutions diluées ou aux gaz sous faible pression.