L'équilibre chimique

Qu'est-ce que l'équilibre chimique ?

Depuis que tu as commencé tes études sur les réactions chimiques dans le cadre de ton cours de chimie, tu as été habitué à considérer ces dernières comme une suite logique d’événements à travers lesquels les réactifs se transformaient progressivement en de nouvelles substances appelées produits.

      

Dans ces réactions, on t’a appris que la réaction s'arrêtait d'elle-même lorsqu’il ne restait plus de réactifs (A et B dans l’exemple ci-dessus) à transformer en produits (C et D). On appelle ce type de réactions des réactions complètes (ou réactions totales). Puisqu’il ne reste plus de réactifs à un certain moment donné, la réaction inverse ne peut donc pas avoir lieu.

Beaucoup de réactions chimiques qui se produisent chaque jour autour de nous sont des réactions irréversibles (qui ne peuvent pas se produire dans les deux sens). Ce sont la plupart du temps des réactions de combustion qui nécessitent la présence de l’oxygène (O2) contenu dans l’air.

Ces réactions de combustion (comme celles de la corrosion, de l’oxydation par exemple) s’arrêtent lorsque l’un des réactifs est entièrement consumé.

Quand une réaction est irréversible, comme c’est le cas dans beaucoup de réactions de combustion, la flèche utilisée dans l’équation chimique n’aura qu’un sens, soit celui qui pointe vers la droite.

Voici la combustion du butane, une réaction irréversible.

2 C4H10 (g) + 13 O2 (g)  → 8 CO2 (g) + 10 H2O(g)

 

Les systèmes chimiques réversibles existent-ils ?

Il arrive parfois que, pendant qu’une partie des réactifs se transforme en produits, une partie des produits se transforme à son tour en réactifs, et ce, à la même vitesse. On parle alors d’une situation d’équilibre.

Ainsi, pour avoir une réaction chimique digne d’un système en situation d’équilibre, il nous faut avoir une réaction directe et une réaction inverse.

L’utilisation du symbole indique qu’il y a un équilibre entre la réaction directe et la réaction inverse. La vitesse de la réaction directe est alors égale à la vitesse de la réaction inverse.

Imaginons-nous une bouteille bouchonnée contenant une boisson gazeuse. Si la bouteille reste bien fermée, il y aura équilibre entre la dissolution du dioxyde de carbone (CO2 (g)) dans la solution aqueuse sucrée et le dégagement du CO2 (g) dans cette même solution aqueuse.

Si la température de l’environnement de la bouteille contenant la boisson gazeuse ne change pas et que la bouteille reste bouchonnée, il y aura équilibre entre les quantités de CO2 présentes au-dessus de la surface de la partie liquide ainsi qu’à l’intérieur même du liquide. La vitesse de chacun des deux phénomènes sont égales, mais opposées.

 

Lorsqu’un funambule de cirque par exemple nous fait un numéro ou qu’un clown jongle avec des balles, il y a là deux manifestations de situations illustrant des systèmes où existe une forme d'équilibre. Et pourquoi cela ? Le jongleur utilisant trois balles, les fait monter et descendre à une vitesse constante pour ne pas qu’elles tombent. Ce mouvement interne se nomme l’équilibre dynamique, car à un moment précis certaines balles montent et d'autres descendent. La vitesse du mouvement vers le haut est en fait égale à celle du mouvement vers le bas.

 

Même en sursaturant une solution aqueuse de café, le solution ne sera pas plus sucrée que lorsqu’elle est saturée.

Lors de cette situation, il y a en fait équilibre lorsque la vitesse de dissolution du sucre est égale à sa vitesse de précipitation. Ainsi, en ajoutant du sucre dans la solution de café saturée, le sucre déjà présent dans la solution remplacera le sucre ajouté qui se dissoudra et ce, exactement à la même vitesse. Dans cette situation, on formulerait la situation d’équilibre de la façon suivante :

C6H12O6 (aq) ↔ C6H12O6 (s)

L’utilisation du symbole ↔ nous indique qu’il y a un équilibre entre les deux sens de la réaction. La vitesse de la réaction directe est en fait égale à la vitesse de la réaction inverse.

 

Les exercices

Les références

Notions complémentaires sur l'équilibre chimique

 


  • MELS
  • Rogers
  • Réunir Réussir
  • Fondation Réussite Jeunesse