Par Lee Johnson • Mis à jour le 24 mars 2022
L'équilibre chimique décrit l'état stationnaire d'une réaction réversible dans laquelle les réactifs se transforment en produits et vice versa à des taux égaux. En pratique, les chimistes quantifient cet équilibre à l'aide de la constante d'équilibre, Kp , qui relie les pressions partielles des gaz impliqués.
Pour une réaction générique en phase gazeuse :
\(aA(g)+bB(g)\rightleftharpons cC(g)+dD(g)\)
la constante d'équilibre est définie comme :
\(K_p =\frac{(P_C)^c(P_D)^d}{(P_A)^a(P_B)^b}\)
Lorsque tous les coefficients stœchiométriques sont égaux à un, l’expression se simplifie en « produits sur réactifs ». Cette forme n'est valable qu'à l'équilibre.
Parfois, vous verrez la constante d'équilibre exprimée en termes de concentrations molaires, Kc , lié à Kp par :
\(K_p =K_c (RT)^{\Delta n}\)
où Δn est la variation du nombre de moles de gaz entre les produits et les réactifs.
L'étape clé consiste à introduire la variable x , qui représente le changement de pression de la valeur initiale à l’équilibre. Supposons que la pression initiale de chaque réactif soit P_i et les produits démarrent à pression nulle. Ensuite, chaque pression d'équilibre peut être exprimée en termes de x .
Avec tous les coefficients définis sur un, le Kp l'expression devient :
\(\begin{aligned}K_p &=\frac{x^2}{(P_i - x)^2}\end{aligned}\)
Résoudre pour x donne :
\(x =\frac{\sqrt{K_p}\,P_i}{1 + \sqrt{K_p}}\)
La pression partielle d'équilibre d'un réactif est P_i - x , alors que celui d'un produit est simplement x .
Considérez la réaction :
\(\text{CH}_3\text{OH(g)} + \text{HCl(g)} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{Cl(g)} + \text{H}_2\text{O(g)}\)
Avec Kp =5{}900 et une pression initiale P_i =0,75 atm pour chaque réactif, calculez x :
\(\begin{aligned} x &=\frac{\sqrt{K_p}\,P_i}{1 + \sqrt{K_p}} \\ &=\frac{\sqrt{5900}\times 0,75\;\text{atm}}{1 + \sqrt{5900}} \\ &\approx 0,74\;\text{atm}\end{aligned}\)
Ainsi, la pression d'équilibre de chaque produit est d'environ 0,74 atm, et celle de chaque réactif est 0,75 - 0,74 =0,01 guichet automatique.
En suivant cette approche systématique, vous pouvez déterminer avec précision les pressions d'équilibre pour toute réaction en phase gazeuse.
