L'équilibre dynamique est un concept important en chimie. Mais qu’est-ce que l’équilibre dynamique exactement ? Comment quelque chose peut-il être dynamique mais aussi à l’équilibre ? Continuez à lire pour découvrir la meilleure définition de l’équilibre dynamique, des exemples courants d’équilibre dynamique et comment les équilibres dynamique et statique peuvent se ressembler mais sont en fait très différents.
Qu’est-ce que l’équilibre dynamique ?
Les réactions chimiques peuvent se dérouler dans les deux sens (avant et arrière) ou dans un seul sens. Celles qui vont dans deux directions sont appelées réactions réversibles, et vous pouvez les identifier grâce aux flèches allant dans deux directions, comme dans l'exemple ci-dessous.
H2O(l)⇌H+(aq) + OH-(aq)
L'équilibre dynamique ne se produit que dans les réactions réversibles, et c’est lorsque la vitesse de la réaction directe est égale à la vitesse de la réaction inverse. Ces équations sont dynamiques car les réactions directes et inverses se produisent toujours, mais les deux taux sont égaux et immuables, ils sont donc également à l’équilibre.
L'équilibre dynamique est un exemple de système en état stationnaire. Cela signifie que les variables de l’équation ne changent pas dans le temps (puisque les taux de réaction sont égaux). Si vous regardez une réaction en équilibre dynamique, vous aurez l’impression que rien ne se passe puisque les concentrations de chaque substance restent constantes. Cependant, les réactions se produisent continuellement.
L’équilibre dynamique ne se produit pas seulement dans les laboratoires de chimie ; vous avez été témoin d'un exemple d'équilibre dynamique à chaque fois que vous buvez un soda. Dans une bouteille de soda scellée, le dioxyde de carbone est présent à la fois dans la phase liquide/aqueuse et dans la phase gazeuse (bulles). Les deux phases du dioxyde de carbone sont en équilibre dynamique à l’intérieur de la bouteille de soda scellée puisque le dioxyde de carbone gazeux se dissout sous forme liquide au même rythme que la forme liquide du dioxyde de carbone est reconvertie en sa forme gazeuse.
L'équation ressemble à ceci : CÔ2g) ⇌CÔ2(aq).
Changer la température, la pression ou la concentration d’une réaction peut modifier l’équilibre d’une équation et la faire sortir de l’équilibre dynamique. C'est pourquoi, si vous ouvrez une canette de soda et la laissez dehors pendant une longue période, elle finira par devenir « plate » et il n'y aura plus de bulles. En effet, la canette de soda n’est plus un système fermé et le dioxyde de carbone peut interagir avec l’atmosphère. Cela le sort de l’équilibre dynamique et libère la forme gazeuse du dioxyde de carbone jusqu’à ce qu’il n’y ait plus de bulles.
Exemples d'équilibre dynamique
Toute réaction sera en équilibre dynamique si elle est réversible et si les taux des réactions directes et inverses sont égaux. Par exemple, disons que vous préparez une solution saturée d’une solution aqueuse de NaCl. Si vous ajoutez ensuite des cristaux solides de NaCl, le NaCl se dissoudra et recristallisera simultanément dans la solution. La réaction, NaCl(s) ⇌ Na+(aq) + Cl-(aq), sera en équilibre dynamique lorsque la vitesse de dissolution du NaCl sera égale à la vitesse de recristallisation.
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Un autre exemple d'équilibre dynamique estNON2(g) + CO(g) ⇌ NON(g) + CÔ2(g) (encore une fois, tant que les deux taux sont égaux). Dioxyde d'azote (NON2) réagit avec le monoxyde de carbone (CO) pour former de l'oxyde d'azote (NO) et du dioxyde de carbone (CÔ2), et, dans la réaction inverse, l'oxyde d'azote et le dioxyde de carbone réagissent pour former du dioxyde d'azote et du monoxyde de carbone.
Si vous observez une réaction, vous pouvez dire qu’elle n’est pas à l’équilibre dynamique si vous voyez des changements se produire dans les quantités de réactifs ou de produits. (Si vous ne voyez aucun changement, cela ne garantit pas qu’il soit à l’équilibre dynamique, car il peut être à l’équilibre statique ou les changements peuvent être trop petits pour être vus à l’œil nu.)
Un exemple d'équation qui ne pourrait jamais être à l'équilibre dynamique est : 4 Fe(s) + 6 H2O(l) +3O2 (g) → 4 Fe(OH)3(s). Il s'agit d'une équation pour la formation de la rouille. Nous pouvons voir qu’il ne sera jamais en équilibre dynamique car la flèche de la réaction ne va que dans un sens. (c’est pourquoi une voiture rouillée ne redeviendra pas brillante d’elle-même).
Il n'y a pas d'équilibre dynamique pour cette voiture !
Équilibre dynamique vs équilibre statique
Si vous observez des réactions à l'équilibre dynamique et des réactions à l'équilibre statique, aucun changement visible ne se produira et il semblera que rien ne se passe. Cependant, les réactions à l’équilibre statique sont en réalité très différentes de celles à l’équilibre dynamique.
L'équilibre statique (également appelé équilibre mécanique) se produit lorsque la réaction s'est arrêtée et qu'il n'y a aucun mouvement entre les réactifs et les produits. La réaction est terminée et les vitesses de réaction directe et inverse sont toutes deux égales à 0.
Alors que les réactions à l’équilibre dynamique sont réversibles (peuvent se dérouler dans les deux sens), celles à l’équilibre statique sont irréversibles et ne peuvent se dérouler que dans un seul sens. Cependant, l'équilibre dynamique et l'équilibre statique sont des exemples de systèmes en régime permanent, dans lequel l’action nette de la force sur les systèmes est nulle.
Vous trouverez ci-dessous un graphique montrant les principales différences entre l'équilibre dynamique et statique.
| Équilibre dynamique | Équilibre statique Gimp enregistrer au format JPEG |
| Réversible | Irréversible |
| La réaction se produit toujours | La réaction s'est arrêtée |
| Taux de réaction directe = taux de réaction inverse | Les deux taux de réaction sont nuls |
| Se produit dans un système fermé sont des exemples de modèles | Peut se produire dans un système ouvert ou fermé |
Quel est le lien entre l’équilibre dynamique et les constantes de taux ?
Lorsqu'une réaction est à l'équilibre dynamique, la réaction aura une constante de vitesse spécifique, connue sous le nom de constante d'équilibre, ouKéquip.
La constante d'équilibre, ou constante de vitesse, est un coefficient qui montre le quotient de réaction (ou les quantités relatives de produits et de réactifs dans la réaction à un moment donné) lorsque la réaction est à l'équilibre. La valeur de la constante d'équilibre vous indiquera les quantités relatives de produit et de réactif à l'équilibre.
Si Kéquipest > 1 000, à l’équilibre, il y aura principalement du produit.
Si Kéquipest compris entre 0,001 et 1 000, à l'équilibre, il y aura une quantité importante de produit et de réactif.
Si Kéquipest<.001, at equilibrium there will be mostly reactant.
Pour la réaction un Un + b B⇌ c C+ d D, A et B représentent les réactifs et C et D représentent les produits.
L'équation de la constante d'équilibre est Kéquip=[C]c[D]d/[UN]un[B]b.
Exemple
Prenez la réaction N2(g)+O2(g)⇋2NON(g).
En utilisant l'équation de la constante d'équilibre, Kéquipest égal à [PAS]2/[N2][O2]. Soit vous laissez l'équation comme ceci, soit, si vous recevez des concentrations d'équilibre/la constante d'équilibre, vous pouvez les brancher pour trouver les valeurs manquantes.
Disons que nous connaissons les concentrations des deux[N2] et [Ô2] = 0,15 M et la concentration de [NO] est de 1,1 M.
Brancher ces valeurs vous donnerait :Kéquip= (1.1)2/(.15)(.15) ou 1.21/.0225.
Vous pouvez résoudre et trouver que Kéquip=53.8.
DepuisKéquipest compris entre 0,001 et 1 000, il y aura une quantité importante de NO, O2, et n2à l'équilibre.
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Résumé : Qu'est-ce que l'équilibre dynamique ?
Quelle est la meilleure définition de l’équilibre dynamique ? L'équilibre dynamique se produit lorsque, pour une réaction réversible, la vitesse de la réaction directe est égale à la vitesse de la réaction inverse. Puisque les deux vitesses sont égales, il semble que rien ne se passe, mais en réalité, la réaction se produit continuellement à son rythme stable.
En revanche, les réactions à l’équilibre stable sont complètes et aucune autre réaction ne se produit.
L'équation de la constante d'équilibre estKéquip=[C]c[D]d/[UN]un[B]b.
Et après?
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