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Prévoir l'évolution d'un système chimique

Calculer le quotient de réaction Qr pour un mélange donné et le comparer à la constante d'équilibre K. Prévoir le sens d'évolution directe ou inverse du système chimique.

Duree estimee : 20 min

Comment savoir dans quel sens réagit la chimie ?

Imagine que tu utilises un GPS. Pour définir ton itinéraire, tu as besoin de deux informations : ta position actuelle et ta destination. En chimie, c'est exactement le même principe pour savoir comment une réaction va évoluer.

Dessin schématique épuré style carte au trésor. Un point de départ marqué 'Qr (État actuel)' à gauche, un chemin en pointillés menant vers une croix marquée 'K (Destination)' à droite. Une flèche indique le mouvement de Qr vers K. — Visualisons cela : ta position actuelle est le Quotient de réaction ( $Q_{r}$ ) et ta destination finale est la Constante d'équilibre ( $K$ ).

Le système chimique évolue spontanément pour que la valeur de

Q_{r}

rejoigne celle de

K

Le Quotient de réaction $Q_r$ : ta position actuelle

Le quotient de réaction $Q_{r}$ est un nombre sans unité. Il se calcule à partir des concentrations molaires (en $mol/L$ ) des espèces présentes dans le mélange à un instant donné.

Pour une réaction

a A + b B l e f t a r r o w sc C + d D

, la formule est :

Q_{r} = \frac{[ C ] ^{c} \cdot [ D ] ^{d}}{[ A ] ^{a} \cdot [ B ] ^{b}}

Exemple concret : pour l'équation

2 A(aq) + B(aq) l e f t a r r o w s 3 C(aq)

. Les produits sont au numérateur (en haut), les réactifs au dénominateur (en bas). Les coefficients deviennent des puissances. Cela donne :

Q_{r} = \frac{[ C ] ^{3}}{[ A ] ^{2} \cdot [ B ]}

Attention ! Seules les espèces dissoutes (aq) et les gaz (g) apparaissent dans le calcul. Si tu as un solide (s) ou le solvant eau (l), tu remplaces leur concentration par le chiffre 1.

Le critère d'évolution : comparer $Q_r$ et $K$

La constante d'équilibre $K (T)$ est la valeur cible que le système veut atteindre. Pour prévoir le sens de la réaction, il suffit de placer $Q_{r}$ par rapport à $K$ .

Cas 1 : $Q_{r} < K$ . Ton $Q_{r}$ est trop petit, il doit augmenter pour rejoindre $K$ . Le système évolue dans le sens direct (formation des produits, vers la droite).

Cas 2 : $Q_{r} > K$ . Ton $Q_{r}$ est trop grand, il doit diminuer pour rejoindre $K$ . Le système évolue dans le sens inverse (formation des réactifs, vers la gauche).

Schéma d'un axe horizontal orienté vers la droite. Une marque fixe au milieu nommée 'K'. Cas 1 : une marque 'Qr' à gauche de K avec une flèche verte allant vers la droite (Sens Direct). Cas 2 : une marque 'Qr' à droite de K avec une flèche rouge allant vers la gauche (Sens Inverse). — Voici le schéma indispensable à retenir pour ne jamais te tromper.

Astuce : Dessine toujours un axe horizontal. Place

K

, puis place ton

Q_{r}

calculé. La flèche qui va de

Q_{r}

vers

K

t'indique le sens de la réaction !

L'état d'équilibre : quand $Q_r = K$

Lorsque $Q_{r}$ atteint la valeur de $K$ , le système est à l'équilibre. Les concentrations macroscopiques ne changent plus.

C'est un équilibre DYNAMIQUE : les réactions directe et inverse continuent d'avoir lieu, mais à la même vitesse. Les produits sont créés et consommés en même temps.

Dessin simple de profil : un personnage court sur un tapis de course. Le tapis va vers la gauche, le personnage court vers la droite. Le personnage reste au centre de l'image, immobile par rapport au cadre, bien que ses jambes soient en mouvement. — C'est comme courir sur un tapis roulant : tu es en mouvement (niveau microscopique), mais tu fais du sur-place par rapport au sol (niveau macroscopique).

À toi de jouer : Exemple guidé

Soit la réaction

A(aq) + B(aq) l e f t a r r o w s C(aq) + D(aq)

avec

K = 10

.
À un instant

t

, on a :

[A] = 2 mol/L

[B] = 2 mol/L

[C] = 1 mol/L

[D] = 100 mol/L

1) Calculons $Q_{r}$ . Les coefficients valent $1$ . $Q_{r} = \frac{[ C ] \times [ D ]}{[ A ] \times [ B ]} = \frac{1 \times 100}{2 \times 2} = \frac{100}{4} = 25$ .

2) Comparons. On a $Q_{r} = 25$ et $K = 10$ . Donc $Q_{r} > K$ . Sur ton axe, $Q_{r}$ est à droite de $K$ . Pour rejoindre la cible, on doit aller vers la gauche.

Conclusion : Le système évolue spontanément dans le sens inverse (formation de

A

B

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