Constante d’équilibre K(T)

Équilibres chimiques : Constante d’équilibre \(K(T)\)

Introduction

Lorsqu'une réaction chimique atteint l’équilibre, la vitesse de réaction directe est égale à celle de la réaction inverse. La constante d’équilibre \(K(T)\) caractérise cet état pour une température donnée.

Définition de \(K(T)\)

Pour la réaction générale

aA + bB 
ightleftharpoons cC + dD,

la constante d’équilibre \(K(T)\) est définie par:

K(T) = rac{[C]^c [D]^d}{[A]^a [B]^b}\,

où \([X]\) désigne la concentration molaire de la substance \(X\) à l’équilibre.

Caractéristiques de \(K(T)\)

Elle dépend uniquement de la température \(T\).
Elle reste constante lorsque l’équilibre est atteint à une température fixée.
Elle permet de prédire l’évolution de la réaction :
- \(< K(T)\) : favorise la formation des produits.
- \(> K(T)\) : favorise la formation des réactifs.

Variation de \(K(T)\) avec la température

La relation qui relie changement de \(K(T)\) à la variation d’énergie est donnée par la formule :

\[
\ln K(T) = -rac{\Delta H^\circ}{RT} + 	ext{constant}\,
\]

où :

\(\Delta H^\circ\) : enthalpie standard de réaction,
\(R\) : constante des gaz parfaits (\(8,314\,J/(mol·K)\)),
\(T\) : température absolue en Kelvin.

Une augmentation de la température favorise la réaction endothermique (\(\Delta H^\circ > 0\)) et inversement pour une réaction exothermique (\(\Delta H^\circ < 0\)).

Résumé

\( extbf{K(T)}\) dépend uniquement de la température.
Elle indique la position de l’équilibre.
- \(<1\) : réaction favorise les réactifs.
- \(=1\) : équilibre neutre.
- \(>1\) : favorise la formation des produits.
La variation de \(K(T)\) avec \(T\) suit la loi de Van't Hoff.

Conclusion

La connaissance de \(K(T)\) permet d’anticiper l’aboutissement d’une réaction chimique à une température donnée et d’orienter la réalisation des processus industriels ou expérimentaux.