Équilibres chimiques : État d’équilibre et quotient de réaction Q_r

1. Introduction

Lorsqu'une réaction chimique se produit dans un système fermé, elle peut atteindre un état d’équilibre où les concentrations des substances restent constantes dans le temps. Le quotient de réaction \( Q_r \) permet de caractériser cet état par rapport à l’état d’équilibre.

2. État d’équilibre

À l’équilibre, la vitesse de la réaction directe est égale à celle de la réaction inverse. Les concentrations ou pressions partielles des substances ne changent plus avec le temps.

Caractéristique : constance des concentrations dans le temps.

3. Quotient de réaction \( Q_r \)

Le quotient de réaction \( Q_r \) est défini à un instant donné par :

\[ Q_r = rac{	ext{produit des concentrations (ou pressions) des produits}}{	ext{produit des concentrations (ou pressions) des réactifs}}\]

Pour une réaction générique :

\[ aA + bB 
ightleftharpoons cC + dD \]
\[ Q_r = rac{[C]^c [D]^d}{[A]^a [B]^b} \]

où \([X]\) désigne la concentration ou la pression partielle de X.

4. Relation entre \( Q_r \) et la constante d’équilibre \( K \)
À l’équilibre :
\[ Q_r = K \]

où \( K \) est la constante d’équilibre, valeur propre à une réaction à une température donnée.
Selon que \( Q_r \) est inférieur, égal ou supérieur à \( K \), la réaction évolue pour atteindre l’état d’équilibre :

  
\(< Q_r < K\) : la réaction évolue vers la formation des produits.
  
\( Q_r = K \) : la système est à l’équilibre.
  
\( Q_r > K \) : la réaction évolue vers la régénération des réactifs.


5. Résumé visuel

  
Avant l’équilibre : \( Q_r 
eq K \)
   
À l’équilibre : \( Q_r = K \)
  
La réaction naturelle ajuste ses concentrations pour que \( Q_r \) tende vers \( K \).


6. Conclusion
Le quotient de réaction \( Q_r \) est un outil simple pour suivre l’évolution d’une réaction vers l’équilibre. La constante \( K \) est une caractéristique fixe à une température donnée, permettant de prévoir la direction d’évolution d’une réaction chimique.