Chapitre 3 - Chimie : État d’équilibre d’un système chimique

Un système chimique peut évoluer jusqu’à un état où les quantités de réactifs et de produits ne changent plus : c’est l’état d’équilibre. Cet équilibre n’est pas un arrêt total, mais un équilibre entre deux réactions inverses qui se produisent en même temps.

1. Quotient de réaction Qr

- Le quotient de réaction Qr est une grandeur qui décrit l’état d’un système chimique à un instant donné.
- Il dépend des concentrations des espèces dissoutes (les solides et le solvant, comme l’eau, ne sont pas inclus).
- Il s’exprime à partir de l’équation de réaction sous la forme : produits / réactifs.

2. Quotient de réaction à l’équilibre

À l’état d’équilibre :

• - les concentrations n’évoluent plus,

• - Qr prend une valeur particulière appelée Qr,éq.

- Cette valeur peut être déterminée expérimentalement, par exemple grâce à la conductimétrie, qui mesure la conductivité de la solution et permet de trouver les concentrations des ions présents.

3. Constante d’équilibre K

- La constante d’équilibre K est égale à la valeur du quotient Qr à l’équilibre :
K = Qr,éq.

- Elle dépend uniquement de la réaction et de la température.
- Si on écrit la réaction dans l’autre sens, la constante devient l’inverse : K’ = 1/K.

4. Réactions limitées

- Une réaction peut ne pas aller jusqu'à disparition totale des réactifs : elle est alors limitée.
- Le système atteint un état d’équilibre où réactifs et produits coexistent.

- Le taux d’avancement τ = xf / xmax indique :

• τ = 1 → réaction totale,

• τ < 1 → réaction limitée.

- Les exemples du document montrent que pour les acides faibles (comme l’acide éthanoïque ou benzoïque), τ est faible car la réaction est limitée.

5. Influence de l’état initial et de la constante K

• - Plus la solution est diluée, plus le taux d’avancement augmente.

• - Plus la constante d’équilibre K est grande, plus la réaction avance.
  Si K > 10⁴, la réaction est considérée comme quasi totale.

À retenir

- L’équilibre chimique correspond à un état où deux réactions inverses se compensent.
- Le quotient Qr décrit l’état du système.
- La constante d’équilibre K caractérise la réaction à température donnée.
- Le taux d’avancement permet de savoir si la réaction est totale ou limitée.