Quelles sont les constantes d'équilibre?
Certains effets chimiques sont irréversibles dans une direction. Un exemple de ceci est la combustion de l'hydrogène (H) gazeux dans l'oxygène (O) pour produire de l'eau, comme le montre la formule 2 H 2 + O 2 => 2 H 2 O. La réaction inverse, 2 H 2 O => 2 H 2 + O 2 ne se produit pas dans ces conditions, quel que soit le temps qui passe. Il y a des réactions réversibles, comme l'a découvert le chimiste Claude-Louis Berthollet en 1803. Les réactions réversibles se déroulent dans une direction jusqu'à ce que les réactions inverses deviennent les réactions préférées, ce qui conduit à l'équilibre et permet le calcul des constantes d'équilibre.
Ces constantes d'équilibre ont été dérivées de contextes mathématiques qui ont été découverts par les efforts de nombreux scientifiques au fil du temps. Ces relations utilisent les rapports de concentration des espèces dissoutes dans le système réactionnel. Un exemple simple est l'ionisation de l'acide acétique. Une autre raison est la dégradation réversible du gaz tétroxyde nitreux. Dans ces derniers, comme dans tous les exemples, les constantes d'équilibre dépendent des conditions du système telles que la température.
L'acide acétique se dissocie en un ion hydrogène positif plus un acétate négatif. Ce qui rend la réaction réversible, c'est que ces ions peuvent et vont se recombiner pour former des molécules d'acide. D'autres molécules d'acide acétique se dissocient ensuite et remplacent celles recombinées. Le résultat est un équilibre qui mène à une expression mathématique. Les concentrations ioniques et acides se réfèrent à la constante d'équilibre par l'expression K = [H +] [Ac -] / [HAc]. Logiquement, la constante d'équilibre de la réaction inverse est inversée à K, car la concentration en acide devient le numérateur et la concentration en ions le dénominateur.
Pour le protoxyde d'azote, qui contient de l'azote (N) et de l'oxygène, la réaction chimique est N 2 O 4 ⇆ 2 NO 2. Tout changement dans la proportion de ces deux types dans un système fermé dépend du changement de pression du système. Deux molécules de dioxyde d'azote sont formées pour chaque molécule de tétroxyde en décomposition, ce qui augmente la pression. Cela nécessite de l'énergie et a un impact négatif sur la division au-delà d'un certain point. L'équation est K = [NO 2] [NO 2] / [N 2 O 4]. Comme pour l'acide acétique, la constante d'équilibre pour la réaction inverse, comme pour toutes les constantes d'équilibre pour toutes les réactions inverses, est l'inverse de K.
Les réactions irréversibles suivent les mêmes relations mathématiques que les réactions réversibles. Dans de tels cas, cependant, le dénominateur devient 0 ou infini lors de l'examen de la réaction directe ou de la réaction inverse. Cela indique une constante d'équilibre avec une valeur opposée de l'infini ou de 0. Ces informations sont inutiles. La possibilité de permettre à une réaction de se terminer est également intéressante, ce qui la rend irréversible en retirant l'un des produits du système, par exemple à travers une membrane semi-perméable qui retient les réactifs.