Que sont les constantes d'équilibre?

Certaines actions chimiques se déroulent irréversiblement dans une direction.Un exemple de cela est la combustion de l'hydrogène (H) gaz dans l'oxygène (O) pour produire de l'eau, comme le montre la formule 2 H ₂ + O ₂ ' 2 H ₂ O.La réaction inverse, 2 H ₂ O ' 2 H ₂ + O ₂ ne se produit pas dans ces conditions, peu importe combien de temps passe.Il y a des réactions réversibles, comme l'a découvert le chimiste Claude-Louis Berthollet en 1803. Les réactions réversibles se déroulent dans une direction jusqu'à ce que les réactions inverses deviennent les favoris, entraînant l'équilibre et rendant possible le calcul des constantes d'équilibre.

Ces constantes d'équilibre ont été dérivées de relations mathématiques révélées dans le temps grâce aux efforts de nombreux scientifiques.Ces relations utilisent les rapports des concentrations d'espèces dissous dans le système de réaction.Un exemple simple est l'ionisation de l'acide acétique.Un autre est la dégradation réversible du tétroxyde de dinitrogen à gaz.Dans ceux-ci, comme dans tous les exemples, les constantes d'équilibre dépendent des conditions du système telles que la température.

L'acide acétique se dissocie en un ion hydrogène positif plus un ion acétate négatif.Ce qui rend la réaction réversible, c'est que ces ions peuvent et se recombinent en molécules acides.D'autres molécules d'acide acétique se dissocient ensuite pour remplacer celles qui se sont recombinées.Le résultat est l'équilibre, conduisant à une expression mathématique.Les concentrations d'ions et d'acide se rapportent à la constante d'équilibre par l'expression k ' [h +] [ac -] / [hac].Logiquement, la constante d'équilibre pour la réaction inverse est l'inverse de ce K, car la concentration acide devient le numérateur et les concentrations d'ions deviennent le dénominateur.

Pour le tétroxyde de dinitrogen, qui contient de l'azote (N) et de l'oxygène, la réaction chimique est écrite n ₂ o ₄ ⇆ 2 no ₂ .Tout changement de proportion de ces deux espèces dans un système fermé dépend du changement de pression du système;Pour chaque molécule de tétroxyde qui se décompose, deux molécules de dioxyde d'azote se forment, augmentant la pression.Cela nécessite de l'énergie et, au-delà d'un point, défavorant la scission.L'équation lit k ' [no ₂ ] [Non ₂ ] / [n ₂ o ₄ ].Quant à l'acide acétique, la constante d'équilibre pour la réaction inverse, comme pour toutes les constantes d'équilibre pour toutes les réactions inverses, est l'inverse de ce K.

Les réactions irréversibles obéissent aux mêmes relations mathématiques que les réactions réversibles.Dans de tels cas, cependant, le dénominateur devient 0 ou l'infini, si l'on examine la réaction avant ou la réaction inverse.Cela suggère une constante d'équilibre ayant une valeur opposée, de l'infini ou de 0. Ces informations sont inutiles.La possibilité de conduire une réaction à l'achèvement est également intéressante, ce qui le rend irréversible en éliminant l'un des produits du système, par exemple par une membrane semi-perméable qui conserve les réactifs.