le Principe du Chatelier décrit la réponse d'un système en équilibre pour contrecarrer les effets provoqués par un agent externe. Il a été formulé en 1888 par le chimiste français Henry Louis Le Chatelier. Il s'applique à toute réaction chimique capable d'atteindre l'équilibre dans des systèmes fermés..
Qu'est-ce qu'un système fermé? C'est celui où il y a un transfert d'énergie entre ses frontières (par exemple, un cube), mais pas de matière. Cependant, pour exercer un changement dans le système, il est nécessaire de l'ouvrir, puis de le refermer pour étudier comment il répond à la perturbation (ou au changement).
Une fois fermé, le système retournera à l'équilibre et sa manière d'y parvenir peut être prédite grâce à ce principe. Le nouvel équilibre est-il le même que l'ancien? Cela dépend du temps pendant lequel le système est soumis à des perturbations externes; s'il dure assez longtemps, le nouvel équilibre est différent.
Index des articles
L'équation chimique suivante correspond à une réaction qui a atteint l'équilibre:
aA + bB <=> cC + dD
Dans cette expression, a, b, c et d sont les coefficients stoechiométriques. Le système étant fermé, aucun réactif (A et B) ou produit (C et D) n'entre de l'extérieur qui perturbe l'équilibre.
Mais que signifie exactement l'équilibre? Lorsque cela est réglé, les taux de la réaction avant (dans le sens des aiguilles d'une montre) et inverse (dans le sens inverse des aiguilles d'une montre) s'égalisent. Par conséquent, les concentrations de toutes les espèces restent constantes dans le temps..
Ce qui précède peut être compris de cette manière: dès qu'un peu A et B réagissent pour produire C et D, ils réagissent l'un avec l'autre en même temps pour régénérer les A et B consommés, et ainsi de suite tant que le système reste en équilibre ..
Cependant, lorsqu'une perturbation est appliquée au système - que ce soit par l'ajout de A, de chaleur, de D ou en réduisant le volume -, le principe de Le Chatelier prédit comment il se comportera pour contrer les effets provoqués, bien qu'il n'explique pas le mécanisme moléculaire par qui lui permet de revenir à l'équilibre.
Ainsi, en fonction des modifications apportées, le sens d'une réaction peut être favorisé. Par exemple, si B est le composé souhaité, un changement est exercé de telle sorte que l'équilibre se déplace vers sa formation.
Pour comprendre le principe de Le Chatelier, une excellente approximation est de supposer que l'équilibre consiste en un équilibre..
Vu de cette approche, les réactifs sont pesés sur le plateau gauche (ou panier) et les produits sont pesés sur le plateau droit. A partir de là, la prédiction de la réponse du système (l'équilibre) devient facile.
àA + bB <=> cC + dD
La double flèche dans l'équation représente la tige de la balance et les casseroles soulignées. Donc, si une quantité (grammes, milligrammes, etc.) de A est ajoutée au système, il y aura plus de poids sur le plateau droit et la balance s'inclinera de ce côté..
En conséquence, la soucoupe C + D s'élève; c'est-à-dire qu'il gagne en importance par rapport au plat A + B. En d'autres termes: avant l'ajout de A (à partir de B) le solde décale les produits C et D vers le haut.
En termes chimiques, l'équilibre finit par se déplacer vers la droite: vers la production de plus de C et de D.
Le contraire se produit si des quantités de C et D sont ajoutées au système: le plateau gauche devient plus lourd, ce qui fait que le plateau droit se soulève..
Là encore, cela se traduit par une augmentation des concentrations de A et B; par conséquent, un déplacement d'équilibre vers la gauche est généré (les réactifs).
àA (g) + bB (g) <=> cC (g) + dD (g)
Les changements de pression ou de volume provoqués dans le système n'ont que des effets notables sur les espèces à l'état gazeux. Cependant, pour l'équation chimique supérieure, aucune de ces altérations ne modifierait l'équilibre.
Parce que? Parce que le nombre de moles gazeuses totales des deux côtés de l'équation est le même.
La balance cherchera à équilibrer les changements de pression, mais comme les deux réactions (directe et inverse) produisent la même quantité de gaz, elle reste inchangée. Par exemple, pour l'équation chimique suivante, la balance répond à ces changements:
àA (g) + bB (g) <=> etPar exemple)
Ici, en cas de diminution de volume (ou d'augmentation de pression) dans le système, la balance soulèvera le bac pour réduire cet effet..
Comment? Diminution de la pression, par la formation de E. C'est parce que, comme A et B exercent plus de pression que E, ils réagissent pour diminuer leurs concentrations et augmenter celle de E.
De même, le principe de Le Chatelier prédit l'effet de l'augmentation du volume. Lorsque cela se produit, l'équilibre doit alors contrecarrer l'effet en favorisant la formation de grains de beauté plus gazeux qui rétablissent la perte de pression; cette fois, en déplaçant la balance vers la gauche, en soulevant le plateau A + B.
La chaleur peut être considérée à la fois comme réactive et comme produit. Par conséquent, en fonction de l'enthalpie de réaction (ΔHrx), la réaction est soit exothermique soit endothermique. Ensuite, la chaleur est placée sur le côté gauche ou droit de l'équation chimique.
aA + bB + chaleur <=> cC + dD (réaction endothermique)
aA + bB <=> cC + dD + chaleur (réaction exothermique)
Ici, le chauffage ou le refroidissement du système génère les mêmes réponses que dans le cas de changements de concentrations..
Par exemple, si la réaction est exothermique, le refroidissement du système favorise le déplacement d'équilibre vers la gauche; tandis que s'il est chauffé, la réaction se poursuit avec une plus grande tendance vers la droite (A + B).
Parmi ses innombrables applications, puisque de nombreuses réactions atteignent l'équilibre, il y a les suivantes:
Ndeux(g) + 3Hdeux(g) <=> 2NH3(g) (exothermique)
L'équation chimique supérieure correspond à la formation d'ammoniac, l'un des principaux composés produits à l'échelle industrielle..
Ici, les conditions idéales pour l'obtention de NH3 sont ceux dans lesquels la température n'est pas très élevée et, de même, où les niveaux de pression sont élevés (200 à 1000 atm).
Les hortensias violets (image du haut) établissent un équilibre avec l'aluminium (Al3+) présente dans les sols. La présence de ce métal, l'acide de Lewis, entraîne leur acidification.
Cependant, dans les sols basiques, les fleurs d'hortensia sont rouges, car l'aluminium est insoluble dans ces sols et ne peut pas être utilisé par la plante..
Un jardinier familier avec le principe du Chatelier pourrait changer la couleur de ses hortensias en acidifiant savamment les sols.
La nature profite également du principe du Chatelier pour recouvrir les plafonds caverneux de stalactites.
ACdeux+(ac) + 2HCO3-(ac) <=> Voleur3(s) + COdeux(ac) + HdeuxO (l)
Le CaCO3 (calcaire) est insoluble dans l'eau, ainsi que le COdeux. Comme le COdeux s'échappe, l'équilibre se déplace vers la droite; c'est-à-dire vers la formation de plus de CaCO3. Cela provoque la croissance de ces finitions pointues, telles que celles de l'image ci-dessus..
Personne n'a encore commenté ce post.