Équilibre dynamique

Définition de l'équilibre dynamique

Certaines réactions sont réversibles. Les réactifs réagissent pour former les produits, comme tu t'y attends, et c'est ce qu'on appelle la réaction directe. Cependant, les produits réagissent également pour former les réactifs, et c'est ce qu'on appelle la réaction inverse. Si tu laisses les espèces impliquées dans une réaction réversible seules dans un système fermé pendant un certain temps, elles finiront par atteindre un point de stabilité. C'est ce qu'on appelle un équilibre dynamique.

Examinons cela de plus près. Considérons la réaction suivante :

\[A + B \leftrightharpoons C\]

Dans la réaction en avant, les réactifs (A et B) réagissent pour former le produit (C). Dans la réaction inverse, le produit (C) réagit pour former les réactifs (A et B).

Si tu mélanges A et B dans un récipient hermétique, ils réagissent rapidement ensemble pour former C. La vitesse de la réaction en avant est initialement très élevée, et beaucoup de A et de B se transforment en C. Cela fait que les concentrations de A et de B diminuent tandis que la concentration de C augmente. Cependant, à mesure que la concentration de C augmente, la réaction inverse commence à se produire : C se transforme à nouveau en A et B. La concentration de C diminue alors que les concentrations de A et B augmentent.

Tu peux voir qu'il y a deux réactions qui se produisent en même temps : A et B se transforment en C, et C se transforme en A et B. Les vitesses de ces deux réactions sont initialement très différentes, mais avec le temps, elles deviennent égales. Les deux réactions sont toujours en cours, mais elles se produisent simplement au même rythme. Cela signifie que dans l'ensemble, les concentrations de A, B et C restent constantes. Nous appelons ce point un équilibre dynamique.

Nous pouvons appliquer cela à notre analogie avec l'épicerie. À l'ouverture du magasin, il y a d'abord beaucoup de gens à l'extérieur et aucun à l'intérieur. Les gens se précipitent à l'intérieur lorsque les portes s'ouvrent, ce qui représente un taux élevé de réaction en avant. Le nombre de personnes à l'intérieur du magasin augmente, tandis que le nombre de personnes à l'extérieur du magasin diminue.

Au bout d'un certain temps, les gens commencent à partir. Ils ont fait leurs courses et veulent maintenant rentrer chez eux. Cela représente la réaction inverse. Finalement, le nombre de personnes quittant le magasin est égal au nombre de personnes entrant dans le magasin. À ce stade, les taux des réactions avant et arrière sont égaux et les concentrations de personnes à l'intérieur et à l'extérieur du magasin restent les mêmes. Nous avons atteint un état d'équilibre dynamique.

Propriétés de l'équilibre dynamique

En résumé, un équilibre dynamique se caractérise par deux propriétés principales :

• La vitesse de la réaction en avant et la vitesse de la réaction en arrière sont égales.
• Les concentrations des réactifs et des produits ne changent pas.

Équilibre dynamique ou statique

Nous avons appris que dans un équilibre dynamique, les taux des réactions en avant et en arrière sont les mêmes et les concentrations des produits et des réactifs restent inchangées. Cependant, les deux réactions sont toujours en cours - d'où l'utilisation du mot dynamique. On peut dire qu'au niveau microscopique, le système change, mais qu'à l 'échelle macroscopique, le système reste inchangé. Cela ressemble à un nombre égal de clients qui entrent et sortent de l'épicerie en même temps.

Leséquilibres statiques sont un peu différents. Dans un équilibre statique, les concentrations des produits et des réactifs ne changent toujours pas, mais c'est parce qu'il n'y a pas de réactions chimiques en cours - ni la réaction en avant ni la réaction en arrière n'ont lieu. Au niveau microscopique et macroscopique, le système reste inchangé. Cette situation est analogue à celle de l'épicerie une fois les heures d'ouverture terminées. Le nombre de personnes à l'intérieur et à l'extérieur du magasin reste le même, mais c'est parce que personne n'entre ni ne sort. On peut dire que ni la réaction en avant ni la réaction en arrière ne se produisent.

Ce tableau résume les différences entre les équilibres dynamiques et statiques :

Exemple d'équilibre dynamique

Voyons maintenant quelques exemples d'équilibres dynamiques.

Si tu places des cristaux d'iode gris-noir dans un bécher et que tu ajoutes un couvercle, tu finis par former un équilibre dynamique. Les cristaux d'iode solides se décomposent en vapeur d'iode violette tandis que, dans le même temps, l'iode gazeux violet se solidifie en cristaux d'iode gris-noir.

Fig. 2 : L'iode - un exemple d'équilibre dynamique.

Un autre exemple d'équilibre dynamique est le procédé Haber, utilisé dans la production industrielle d'engrais. Ici, les molécules d'azote et d'hydrogène réagissent pour former de l'ammoniac dans une réaction réversible. Voici l'équation :

\[N_2 (g) + 3H_2 (g) \leftrightharpoons 2NH_3(g)\].

C'est la fin de cet article. Tu devrais maintenant être capable d'expliquer ce que nous entendons par équilibre dynamique et de donner ses propriétés caractéristiques. Tu devrais également pouvoir comparer les équilibres dynamiques et statiques et donner des exemples d'équilibre dynamique.