Déplacement d'équilibre

Dans de nombreuses synthèses chimiques, l'un des principaux buts est de perfectionner le rendement. Quand ces synthèses sont des équilibres, comme par exemple dans le cadre de l'estérification, on cherche à déplacer ces équilibres de façon à augmenter le rendement.



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Thermochimie

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Dans de nombreuses synthèses chimiques, l'un des principaux buts est de perfectionner le rendement. Quand ces synthèses sont des équilibres, comme par exemple dans le cadre de l'estérification, on cherche à déplacer ces équilibres de façon à augmenter le rendement. Ici sont réunies les principales lois qui régissent ces déplacements d'équilibres.

Définitions

Soit un dispositif physico-chimique dans un état d'équilibre. Si on lui impose une variation d'un seul paramètre intensif, il y a généralement évolution vers un nouvel état d'équilibre.

Loi générale de modération : Principe de Le Chatelier

Le principe de Le Chatelier, ou loi générale de modération, déduite d'observations expérimentales, a été énoncé par Henry Le Chatelier en 1884. Ce principe est applicable dans le cadre d'un déplacement d'équilibre, et non pas d'une rupture d'équilibre.

Énoncé :

«Quand les modifications extérieures apportées à un dispositif physico-chimique en équilibre provoquent une évolution vers un nouvel état d'équilibre, l'évolution s'oppose aux perturbations qui l'ont génèrée et en modère l'effet.»

Ce genre de principe existe aussi en électromagnétisme, dans le domaine de l'induction connu sous le nom de loi de Lenz.

Autres formulations :

Ce principe se déduit de la loi d'action de masse et de la loi de van't Hoff.

Influence de la température : Loi expérimentale de Van't Hoff

On se place à volume ou à pression constant, en dispositif fermé.

Énoncé

«Une élévation de température appliquée à un dispositif fermé en équilibre et maintenu à pression ou à volume constant entraîne un déplacement ou alors une rupture d'équilibre dans le sens de la réaction qui, à température et pression ou volume constants, est endothermique

En pratique

Si un dispositif fermé en équilibre subit une élévation de température, une réaction chimique endothermique verra sa réaction directe favorisée et une réaction chimique exothermique verra sa réaction inverse favorisée. C'est une particularisation du principe de Le Chatelier.

Exemple

Soit l'équation chimique de combustion de l'éthanol :

CH3CH2OH (l) + 3 O2 (g) → 2 CO2 (g) + 3 H2O (g)

Si la température augmente, l'équilibre chimique va être déplacé dans le sens de la réaction endothermique. Comme une réaction de combustion est toujours exothermique, l'équilibre chimique sera déplacé vers la gauche, par conséquent vers O2 et CH3CH2OH. La constante d'équilibre de la réaction va diminuer et le dispositif va s'adapter à cette nouvelle valeur.

Démonstrations

Un dispositif subit une variation de température dT (dT > 0 : le dispositif est chauffé)

Influence de la pression : Loi expérimentale de Le Chatelier

La réaction s'effectue à température constante dans une enceinte fermée.

Énoncé

«Une augmentation de pression appliquée à un dispositif fermé en équilibre et maintenu à température constante provoque un déplacement d'équilibre, ou alors une rupture d'équilibre dans le sens pour lequel la réaction s'accompagne, à température et pression constantes, d'une diminution de volume

En pratique

Si la pression s'élève, un équilibre chimique qui présente des gaz dans ses produits ou réactifs verra la réaction qui consomme le plus de gaz (et par conséquent en produit le moins) favorisée. L'équilibre va évoluer dans le sens de la diminution des phases gazeuses (si elles existent). Il s'agit toujours d'une particularisation du principe de Le Chatelier.

Démonstration

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