Chimie
Gratuit
Équilibre chimique
Beaucoup de réactions ne s'arrêtent jamais vraiment : elles atteignent un équilibre où réactifs et produits coexistent. Comprendre cet équilibre, et comment le déplacer, est essentiel, du procédé industriel (synthèse de l'ammoniac) au transport de l'oxygène dans ton sang.
1Réaction réversible et équilibre dynamique
Une réaction dans les deux sens
Une réaction réversible (notée ⇌) se fait simultanément dans les deux sens : direct (réactifs → produits) et inverse (produits → réactifs). L'équilibre est atteint quand les deux vitesses deviennent égales.
Équilibre dynamique
À l'équilibre, les concentrations ne changent plus, mais les réactions ne s'arrêtent pas : il s'en forme autant qu'il s'en défait. C'est un équilibre dynamique, pas un arrêt.
À l'équilibre, les réactions s'arrêtent-elles vraiment ?Réfléchis puis ouvre ▾
Non. Les concentrations sont stables, mais au niveau microscopique les transformations continuent dans les deux sens à la même vitesse. C'est comme un escalator où l'on monterait aussi vite qu'il descend : on ne bouge plus, mais ça travaille.
2La constante d'équilibre K
Un chiffre qui résume l'équilibre
La constante d'équilibre K mesure, à une température donnée, le rapport entre produits et réactifs à l'équilibre. Un grand K : la réaction est quasi complète (beaucoup de produits). Un petit K : elle se fait peu.
Constante d'équilibre
concentration de l'espèce X à l'équilibremol/L
coefficients stœchiométriques—
Quand l'utiliser
Pour quantifier un équilibre aA + bB ⇌ cC + dD à température fixée.
Quand l'éviter
Pour les solides et liquides purs : ils n'apparaissent PAS dans K.
Interprétation
Produits au numérateur, réactifs au dénominateur, chacun à la puissance de son coefficient.
Piège au concours
Inclure les solides/liquides purs (leur « concentration » est constante, donc absorbée dans K).
Astuce mémo
« produits sur réactifs », chacun puissance son coefficient.
Le piège : solides et liquides purs
Les solides et liquides purs n'apparaissent pas dans l'expression de K (leur activité vaut 1). Par exemple, pour , on a simplement.
Écris l'expression de K pour .Intermédiaire
Solution détaillée
: le produit NH₃ au carré (coefficient 2) au numérateur, les réactifs avec leurs coefficients au dénominateur.3Le quotient réactionnel Q et le sens d'évolution
Où en est la réaction ?
Le quotient réactionnel Q a la même expression que K, mais se calcule à n'importe quel moment (pas seulement à l'équilibre). Comparer Q à K dit dans quel sens la réaction va évoluer pour atteindre l'équilibre.
| Comparaison | Sens d'évolution | Pourquoi |
|---|---|---|
| Q < K | vers les produits (→) | il manque de produits par rapport à l'équilibre |
| Q = K | équilibre atteint | le système ne bouge plus (macroscopiquement) |
| Q > K | vers les réactifs (←) | il y a trop de produits, la réaction inverse domine |
Si Q < K, dans quel sens la réaction évolue-t-elle ?Réfléchis puis ouvre ▾
Vers les produits (sens direct). Q < K signifie qu'il n'y a pas encore assez de produits par rapport à l'équilibre : la réaction directe l'emporte jusqu'à ce que Q rejoigne K.
4Le principe de Le Chatelier
Le système résiste au changement
Principe de Le Chatelier : si on perturbe un système à l'équilibre (concentration, pression, température), il évolue dans le sens qui s'oppose à la perturbation pour retrouver un équilibre. Un système « têtu » qui amortit tout changement.
N₂ + 3 H₂ ⟶ 2 NH₃
Déplacement : vers les produits
le système consomme le réactif ajouté ⇒ vers les produits.
| Perturbation | Le système… | Déplacement |
|---|---|---|
| Ajout d'un réactif | consomme ce réactif | vers les produits (→) |
| Ajout d'un produit | consomme ce produit | vers les réactifs (←) |
| Retrait d'un produit | en refait | vers les produits (→) |
Pour , dans quel sens se déplace l'équilibre si on retire du NH₃ au fur et à mesure ?Intermédiaire
Solution détaillée
Retirer un produit pousse le système à en refaire : l'équilibre se déplace vers les produits (→). C'est d'ailleurs l'astuce industrielle pour améliorer le rendement de la synthèse de l'ammoniac.5L'effet de la pression (gaz)
Compresser favorise le côté le moins encombrant
Augmenter la pression (en réduisant le volume) pousse l'équilibre vers le côté qui compte le moins de moles de gaz, pour réduire la pression. Si les deux côtés ont autant de moles de gaz, la pression n'a aucun effet.
Comprendre vraiment
Pour : 4 moles de gaz à gauche, 2 à droite. Augmenter la pression déplace vers la droite (les produits) car 2 moles « prennent moins de place » que 4. C'est la base du procédé Haber (haute pression).
Pour H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2 HI(g), une augmentation de pression déplace-t-elle l'équilibre ?Réfléchis puis ouvre ▾
Non. Il y a 2 moles de gaz à gauche (1 + 1) et 2 à droite : autant de chaque côté. La pression n'a donc aucun effet sur cet équilibre. Le nombre de moles de gaz est ici décisif.
6L'effet de la température
La chaleur, un réactif ou un produit
La température est la seule perturbation qui change la valeur de K. On traite la chaleur comme un terme de la réaction : « produit » si exothermique, « réactif » si endothermique.
| Type de réaction | Chaleur = | ↑ température déplace vers… |
|---|---|---|
| Exothermique (libère de la chaleur) | un produit | les réactifs (←), K diminue |
| Endothermique (absorbe de la chaleur) | un réactif | les produits (→), K augmente |
Pour le futur médecin
Ton sang est un système d'équilibres : le couple règle le pH sanguin. En hyperventilant, tu chasses le CO₂ : l'équilibre se déplace, le pH monte (alcalose). Le Chatelier explique cette régulation vitale.
La synthèse de l'ammoniac est exothermique. Pour maximiser le rendement, faut-il chauffer ou refroidir ?Réfléchis puis ouvre ▾
En théorie, refroidir : la réaction étant exothermique, baisser la température déplace l'équilibre vers les produits (NH₃) et augmente K. En pratique, on garde une température modérée pour que la réaction soit assez rapide, un compromis cinétique/thermodynamique.
7Le rôle du catalyseur
Plus vite, mais pas plus loin
Un catalyseur accélère la réaction (il abaisse l'énergie d'activation), dans les deux sens également. Il fait donc atteindre l'équilibre plus vite, mais ne déplace PAS l'équilibre et ne change PAS K.
Un catalyseur permet-il d'obtenir plus de produit à l'équilibre ?Réfléchis puis ouvre ▾
Non. Le catalyseur ne change ni la position de l'équilibre ni K : il accélère seulement la vitesse à laquelle l'équilibre est atteint. Pour obtenir plus de produit, il faut jouer sur la concentration, la pression ou la température (Le Chatelier).
Pour le futur médecin
Dans le corps, les catalyseurs sont les enzymes : elles accélèrent des réactions d'un facteur colossal sans être consommées. Sans elles, la plupart des réactions du métabolisme seraient bien trop lentes pour la vie.
8Les erreurs fréquentes
Les erreurs qui coûtent des points
- Inclure les solides/liquides purs dans KPourquoi : on met machinalement toutes les espècesseules les espèces en solution (mol/L) ou gazeuses figurent dans K.
- Croire qu'à l'équilibre tout s'arrêteéquilibre dynamique : les deux réactions continuent à la même vitesse.
- Penser que le catalyseur déplace l'équilibreil accélère les deux sens également : K et la position de l'équilibre sont inchangés.
- Oublier de compter SEULEMENT les moles de gaz pour la pressionl'effet de pression dépend des moles de GAZ de chaque côté (pas des solides/liquides).
- Traiter la température comme les autres perturbationsseule la température change la valeur de K (les autres déplacent l'équilibre sans changer K).
- Mal placer produits/réactifs dans Kproduits au numérateur, réactifs au dénominateur, chacun puissance son coefficient.
Points clés à retenir
- Équilibre = réaction réversible où les deux sens vont à la même vitesse (dynamique, pas un arrêt).
- Constante : ; solides et liquides purs EXCLUS.
- Quotient Q vs K : Q < K ⇒ vers les produits ; Q > K ⇒ vers les réactifs ; Q = K ⇒ équilibre.
- Le Chatelier : le système s'oppose à toute perturbation (concentration, pression, température).
- Pression ↑ ⇒ vers le côté avec le MOINS de moles de gaz. Température : seule à changer K.
- Catalyseur : accélère l'atteinte de l'équilibre, mais ne le déplace pas (K inchangé).
Passe à l'entraînement réel sur ce chapitre
Teste-toi sur 20 questions type examen et obtiens une analyse de tes faiblesses.