Tout étudiant en chimie connaît le principe de Le Chatelier, selon lequel tout changement de température, la pression, le volume ou la concentration dans un système donné conduiront le système à établir un nouvel équilibre Etat. En connaissant la réaction (par exemple, si elle est endothermique ou exothermique), vous pouvez l'utiliser pour prédire ce qui se passera lorsqu'un changement sera imposé au système.
Mais il existe une méthode plus quantitative que vous pouvez utiliser pour déterminer dans quelle direction une réaction favorisera, et si elle est actuellement à l'équilibre ou non, et c'est ce qu'on appelle le quotient de réaction. Apprendre à calculer le quotient de réaction pour une réaction donnée est un outil simple mais puissant en chimie.
Le quotient de réaction expliqué
Le quotient de réaction est un moyen de quantifier les quantités relatives de réactifs et de produits pour une réaction réversible à tout moment. On lui donne le symbole Q, et vous pouvez le calculer à l'aide d'une formule simple faisant intervenir les concentrations (techniquement les « activités ») des produits et des réactifs, ainsi que leurs constantes stoechiométriques.
Le quotient de réaction et la constante d'équilibre (K) sont des quantités similaires (mais pas identiques), et la comparaison des deux à un moment donné vous indique dans quelle direction la réaction se déroulera jusqu'à ce qu'elle atteigne l'équilibre.
La différence entre Q et K
Les équations pour Q et K sont très similaires, selon les concentrations de réactifs et de produits, mais il existe une différence cruciale entre les deux quantités: L'équation de la constante d'équilibre est seul valable lorsque le système est à équilibre (c'est-à-dire lorsque la vitesse de la réaction directe correspond à la vitesse de la réaction inverse).
Le quotient de réaction est valable à chaque fois, il n'est donc pas nécessaire que la réaction soit à l'équilibre pour que vous la calculiez. Cependant, lorsque la réaction est à l'équilibre, Q = K, et les deux équations donnent le même résultat.
Calculer Q pour une réaction
L'équation pour Q, pour une réaction générale entre des produits chimiques UNE, B, C et ré de la forme:
Est donné par:
Donc, essentiellement, ce sont les produits multipliés ensemble divisés par les réactifs multipliés ensemble, chacun élevé à une puissance égale à leurs constantes stoechiométriques (c'est-à-dire les nombres de chaque composant dans le réaction). Cependant, il est important de noter que les crochets dans ce document font référence aux activités des produits chimiques.
Pour un solide ou un liquide pur, le terme dans l'équation pour Q fonctionne à un, et donc ils peuvent être efficacement ignorés. Pour un solvant, vous utilisez la fraction molaire, pour un gaz, vous utilisez la pression partielle (ou molarité), et pour un soluté, vous utilisez la molarité.
Un simple exemple de calcul vous donnera une idée de la façon de calculer Q pour une réaction. Prenez la réaction :
Avec les molarités: [CO] = 1 M, [H2O] = 1 M, [CO2] = 2M et [H2] = 2 M, et la constante d'équilibre K = 1. Notez que les constantes stoechiométriques pour chacun des composants dans ce cas sont une, vous n'avez donc pas à vous soucier des puissances dans le calcul. En utilisant l'expression pour Q donne :
Notez que cette valeur pour Q est supérieur à la valeur donnée pour K.
Interprétation de Q
Il y a trois cas principaux à considérer pour comprendre quelle est la valeur de Q vous indique: Q > K, Q = K et Q < K. Pour Q > K, cela signifie qu'il y a plus de produits présents qu'il n'y en aurait à l'équilibre, et donc la réaction se déplacera en faveur des réactifs.
Pour Q = K, la réaction est à l'équilibre et le restera à moins que quelque chose ne perturbe le système (par exemple si de la chaleur est ajoutée ou la pression augmentée).
Pour Q < K, il y a plus de réactifs que de produits présents qu'à l'équilibre, et donc la réaction se déroulera dans le sens direct et favorisera la formation de produits.