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Concept
Constante d'équilibre
Résumé
En chimie, une constante d'équilibre caractérise l'état d'équilibre d'un système chimique. Elle est donc associée à un état du système qui ne peut pas évoluer de manière spontanée. La valeur de la constante d'équilibre dépend uniquement de la réaction chimique considérée et de la température. Les constantes d'équilibre sont généralement données à .
Claude-Louis Berthollet fut le premier, en 1803, à comprendre que toute réaction chimique n'est pas totale. Dans son Essai de statique chimique, il écrivit la première formule permettant de définir a priori les quantités présentes à l'équilibre. C'est en observant les bords d'un « lac de natron » lors d'une expédition en Égypte avec Napoléon Bonaparte et Gaspard Monge qu'il arriva à cette conclusion, originale pour l'époque. Les bords du lac salé étaient couverts de carbonate de sodium. Il établit que les deux réactifs (du chlorure de sodium et du carbonate de calcium) réagissent aussi avec les produits de réaction.
En considérant l'équation chimique suivante :
où :
est une espèce chimique ;
est le coefficient stœchiométrique de l'espèce ( est positif pour les produits de la réaction et négatif pour les réactifs) ;
le nombre de constituants.
La constante d'équilibre est définie par la relation :
où :
est l'activité chimique de l'espèce à l'équilibre ;
est l'opérateur produit.
La constante d'équilibre est donc une grandeur sans unité.
L'activité chimique d'une espèce est l'influence de la quantité d'une espèce sur l'énergie libre du système. Elle se définit schématiquement comme la « concentration active » de l'espèce en solution. Elle est :
égale à 1 si l'espèce est un solvant, ou plus généralement une phase pure ;
égale à la concentration de l'espèce sur la concentration de référence que l'on choisit égale à si l'espèce est un soluté ;
égale au rapport de la pression partielle (en bars) de l'espèce rapportée à une pression de référence que l'on choisit égale à si l'espèce est un gaz.
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