Loi d'action de masse

La loi d'action de masse) est une loi qui sert à définir l'équilibre d'un dispositif réactionnel.

Historique

La loi d'action des masses a été énoncée par Guldberg et Waage en 1864. Elle explicite les conditions de l'équilibre chimique dans la continuité des travaux de Claude Louis Berthollet, Henry Le Châtelier, Jacobus Henricus van't Hoff et Willard Gibbs. Un dispositif réactionnel, soumis à une réaction chimique ayant atteint un équilibre, est caractérisé par le fait que les concentrations des réactifs de départ et des produits constitués sont reliées par une expression dont la valeur est constante à une température donnée.

La constante $K_{c}(T)∼$ ainsi définie est nommée constante d'équilibre de Guldberg et Waage. Ils abordèrent aussi l'aspect cinétique chimique de l'équilibre chimique en proposant l'hypothèse que l'équilibre obtenu n'est pas statique mais dynamique ou stationnaire : les vitesses de la réaction directe et de la réaction inverse étant identiques.

Théorie

Une réaction chimique évolue tant que son enthalpie libre de réaction à T, p constante, $\Delta_{r} G∼$ , pour un avancement donné de la réaction : $\xi∼$ , est négative. L'équilibre est atteint quand $\Delta_{r} G=0∼$ (voir Équilibre chimique).

où :

$\Delta_{r} G= \sum_{i} \nu_{i} \cdot {\mu_{i}}_{(T,p)}∼$

et par définition du potentiel chimique :

${\mu_{i}}_{(T,p)} = {\muˆ{o}_i}_{(T)} + RT \ln(a_{i})∼$

avec $a_{i}∼$ l'activité chimique de chaque especes et $\muˆ0_{i,T}∼$ le potentiel chimique standard à T.

A l'équilibre on obtient par conséquent $\sum_{i} \nu_{i} \cdot ({\muˆ{o}_i}_{(T)} + RT \ln(a_{i,eq}))=0∼$

Or $\Delta_{r} Gˆ{o}(T) = \sum_{i} \nu_{i} \cdot {\muˆ{o}_i}_{(T)}∼$

$\Rightarrow \Delta_{r} Gˆ{o}(T) = - RT \ln(\prod_{i} a_{i,eq}ˆ{\nu_{i}})∼$

Posons alors : $\Delta_{r} Gˆ{o}(T) = - RT \ln(Kˆ{o}(T))∼$

Avec $Kˆ{o}(T)∼$ qu'on appelle constante d'équilibre

On obtient alors la "loi d'action des masses" :

$Kˆ{o}(T) = \prod_{i} a_{i,eq}ˆ{\nu_{i}}∼$

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