Principe de Le Chatelier

Qu'est-ce que l'équilibre chimique ?

Lorsque la vitesse de la réaction directe est égale à la vitesse de la réaction inverse, le système atteint l'état d'équilibre chimique. Lorsqu'il n'y a plus de changement dans les concentrations des réactifs et des produits en raison de l'égalité des vitesses de la réaction directe et de la réaction inverse, on dit que le système est en état d'équilibre dynamique.

Constante d'équilibre

Prenons la réaction hypothétique,

$$ aA+bB \rightleftharpoons cC+dD $$

Ici, les lettres majuscules représentent les différentes espèces impliquées tandis que les lettres minuscules représentent leurs coefficients stœchiométriques dans l'équation équilibrée. Pour la réaction ci-dessus, \( K_{éq} \) ressemble à ceci :

$$ K_{éq} = \frac{[C]_{éq}^c[D]_{éq}^d}{[A]_{éq}^a[B]_{éq}^b} $$

Équilibre dynamique

Lorsque tu démarres une réaction réversible, les concentrations des réactifs et des produits changent constamment. Mais si tu laisses la réaction dans un système fermé, les concentrations finissent par se stabiliser. Lorsque cela se produit, on dit que la réaction a atteint l'équilibre dynamique.

Les équilibres chimiques sont des exemples d'équilibres dynamiques. Cela signifie que les réactions en avant et en arrière sont constamment en cours. Mais comme elles se produisent au même rythme, leurs effets s'annulent ; il semble qu'il n'y ait pas de réaction globale.

Dans un équilibre dynamique, bien que les produits et les réactifs soient constamment décomposés et recomposés, les niveaux globaux de chaque espèce ne changent pas.

Équilibre statique

Les principales différences entre l'équilibre statique et l'équilibre dynamique sont présentées dans le tableau ci-dessous.

Qu'est-ce que le principe de Le Chatelier ?

Le principe de Le Chatelier, également connu sous le nom de loi d'équilibre, est utilisé pour prédire l'effet de certains changements sur un système en équilibre chimique. Le principe porte le nom du chimiste français Henry Louis Le Chatelier.

La modification des conditions d'un équilibre entraîne une réaction à l'équilibre. Il existe plusieurs façons de perturber un équilibre. Il s'agit notamment de :

• Modifier la température ;
• Modifier la concentration des produits ou des réactifs ;
• Modifier la pression.

Comment agir sur le principe de Le Chatelier ?

Lorsque des facteurs tels que la concentration, la pression et la température qui affectent l'équilibre, sont modifiés, l'équilibre se déplace dans cette direction, où les effets causés par ces changements sont annulés.

Le principe de Le Chatelier est souvent utilisé pour manipuler des réactions réversibles afin d'obtenir des résultats appropriés tels qu'une amélioration du rendement.

Concentration

Que se passe-t-il lorsque l'on diminue la concentration d'une substance ? Il y a essentiellement moins de molécules dans le même volume. C'est ce qui se passe lorsque de nombreux clients quittent le restaurant. Pour contrer la perturbation causée par le changement de conditions, nous devons laisser entrer plus de monde, c'est-à-dire augmenter la concentration de cette substance. Par exemple, si nous diminuons la concentration des produits, l'équilibre se déplacera pour favoriser la réaction en avant afin de faire remonter la concentration des produits. Si nous diminuons la concentration des réactifs, l'équilibre se déplacera en faveur de la réaction inverse, afin de faire remonter la concentration des réactifs.

Température : réaction exothermique et endothermique

Nous commencerons par examiner comment la température affecte un équilibre. Rappelle-toi que le principe de Le Chatelier stipule qu'une modification des conditions d'un équilibre entraîne un déplacement de la réaction pour s'opposer à la modification. Peux-tu prédire ce qui se passera si tu augmentes la température d'un équilibre dynamique ?

Le système essaiera de diminuer la température pour s'opposer au changement. Le seul moyen d'y parvenir est de favoriser la réaction endothermique - celle qui absorbe de la chaleur sous forme d'énergie.

Pression

S'ils sont à la même température et dans un récipient de même volume, tous les gaz ont la même pression par mole. La pression est due au fait que les molécules de gaz entrent en collision de manière aléatoire avec les parois du récipient.

Imaginons maintenant que nous augmentions la pression du système. Pour s'opposer à ce changement, le système tentera de réduire la pression en diminuant le nombre de collisions qui se produisent. Le système ne peut pas modifier la vitesse des particules ou la fréquence de leurs collisions, mais il peut réduire la pression en diminuant le nombre de molécules de gaz dans le système.

Moins de molécules, moins de collisions - c'est simple, non ? Par conséquent, l'augmentation de la pression favorise la réaction qui produit moins de moles de gaz. En revanche, la diminution de la pression favorise la réaction qui produit un plus grand nombre de moles de gaz.

Catalyseurs

Les catalyseurs n'affectent pas la position d'équilibre. En effet, ils accélèrent la réaction en avant et la réaction en arrière au même rythme. Cependant, l'ajout d'un catalyseur est utile, car il accélère le temps nécessaire à un système pour atteindre l'équilibre dynamique.