L'équilibre chimique décrit "l'état stable" d'une réaction réversible, où les réactifs se transforment en produits et vice-versa à la même vitesse.
Les chimistes caractérisent cet état en utilisant le constante d'équilibre, Kp, et vous pouvez utiliser l'expression complète de cette constante pour déterminer la pression d'équilibre pour les réactifs ou les produits. Le processus nécessite un peu d'algèbre, mais à la fin, vous obtenez une équation simple que vous pouvez utiliser pour trouver la pression d'équilibre pour votre réaction.
La constante d'équilibre
Le processus pour trouver la pression d'équilibre dépend fortement de la façon dont les chimistes décrivent un état d'équilibre pour une réaction. Pour une réaction générique en phase gazeuse :
La formule générale de la constante d'équilibre est :
Ici le P_s désigne les pressions partielles des gaz A, B, C et D (indiquées par des indices). Vous pouvez facilement vous souvenir de cette formule en tant que « produits sur réactifs », mais cette forme simple n'est valable que si chacun des composants de la réaction a 1 comme coefficient stoechiométrique (_a, b, c et ré dans l'équation ci-dessus). N'oubliez pas que cette formule n'est valable que à l'équilibre.
Dans certains cas, vous pourriez voir la constante d'équilibre appelée Kc, et son équation écrite en termes de concentrations molaires, et la relation entre ces deux est :
Dans cette formule,m est la variation du nombre de moles de gaz des réactifs aux produits.
Réorganiser l'équation
La clé pour résoudre cette équation pour trouver la pression d'équilibre est d'introduire la quantité X, qui correspond au passage des pressions initiales à la pression d'équilibre. Imaginez que vous connaissez la pression des réactifs mais ne savez pas ce qu'elle sera à l'équilibre. Dans ce cas, vous pouvez simplement écrire chaque pression d'équilibre sous la forme (pression initiale = X).
Puisque les produits dans ce cas commencent par une pression partielle de 0 (parce qu'ils ne sont pas présents), leur pression d'équilibre sera égale à X. À condition que vous connaissiez également la constante d'équilibre elle-même, vous pouvez utiliser cette information pour trouver les pressions partielles que vous ne connaissez pas.
Appelez la pression initiale Pje et notez que les deux réactifs doivent être à la même pression. Aussi, pour simplifier l'équation, cela sera écrit avec le coefficientsune, b, c et ré égal à 1. Vous pouvez donc écrire l'équation sous la forme :
Réorganiser cette équation pour X vous permet de trouver la différence entre la pression initiale et la pression d'équilibre pour vos réactifs, et la valeur pour les produits aussi. Après avoir pris la racine carrée des deux côtés, multiplié par le dénominateur de la fraction et réarrangé un peu plus, l'équation pour X est:
Cela devient une formule de pression partielle d'équilibre lorsque vous notez que la pression d'équilibre de vos réactifs est Pje – X, et pour vos produits c'est tout simplement X.
Calculer la pression d'équilibre
Travailler sur un exemple cimentera l'approche et vous aidera à vous familiariser avec l'utilisation de l'équation. Considérez la réaction utilisée pour produire du chlorométhane :
Avec Kp = 5,900. Les réactifs ont une pression initiale (en atmosphères, atm) de Pje = 0,75 atm. Insérez ces valeurs dans la formule et effectuez les calculs pour trouver les pressions partielles :
C'est la valeur pour les pressions d'équilibre des produits, et pour les réactifs, il suffit de la soustraire de la valeur initiale Pje pour trouver le résultat. Ici, 0,75 atm - 0,74 atm = 0,01 atm.