Équilibre dynamique

chimie , un équilibre dynamique s'établit lorsqu'une réaction réversible a lieu. Initialement, les substances passent de l' état de réactifs à celui de produits à des vitesses différentes, jusqu'à ce que les vitesses des réactions directe et inverse s'égalisent, ce qui signifie qu'il n'y a plus de variation nette. Les réactifs et les produits se forment à une vitesse telle que leur concentration reste constante. Il s'agit d'un exemple particulier de système à l' état stationnaire .

dioxyde de carbone (CO₂ ₎ dans la phase liquide a une valeur particulière. Si l'on verse la moitié du liquide et que l'on referme la bouteille, le dioxyde de carbone quittera la phase liquide à un rythme de plus en plus faible, et sa pression partielle dans la phase gazeuse augmentera jusqu'à ce que l'équilibre soit atteint. À ce moment-là, sous l'effet de l'agitation thermique, une molécule de CO₂ _peut quitter la phase liquide, mais très rapidement, une autre molécule de CO₂ _passera de la phase gazeuse à la phase liquide, et inversement. À l'équilibre, le taux de passage du CO₂ _de la phase gazeuse à la phase liquide est égal au taux de passage de la phase liquide à la phase gazeuse. Dans ce cas, la concentration d'équilibre du CO₂ _dans le liquide est donnée par la loi de Henry , qui stipule que la solubilité d'un gaz dans un liquide est directement proportionnelle à la pression partielle de ce gaz au-dessus du liquide. Cette relation s'écrit :

où K est une constante dépendant de la température, P la pression partielle et c la concentration du gaz dissous dans le liquide. Ainsi, la pression partielle de CO₂ _dans le gaz a augmenté jusqu'à ce que la loi de Henry soit respectée. La concentration de dioxyde de carbone dans le liquide a diminué et la boisson a perdu de son pétillant.

La loi de Henry peut être établie en supposant que les potentiels chimiques du dioxyde de carbone dans les deux phases sont égaux. L'égalité des potentiels chimiques définit l'équilibre chimique . Parmi les autres constantes de l'équilibre dynamique impliquant des changements de phase, on trouve le coefficient de partage et le produit de solubilité . La loi de Raoult définit la pression de vapeur à l'équilibre d'une solution idéale .

L’équilibre dynamique peut également exister dans un système monophasique. Un exemple simple est celui de l’équilibre acido-basique, comme la dissociation de l’acide acétique en solution aqueuse .

À l'équilibre, le quotient de concentration , K , la constante de dissociation acide , est constant (sous certaines conditions).

Dans ce cas, la réaction directe implique la libération de protons à partir de molécules d'acide acétique, tandis que la réaction inverse implique la formation de molécules d'acide acétique lorsqu'un ion acétate accepte un proton. L'équilibre est atteint lorsque la somme des potentiels chimiques des espèces du membre de gauche de l'équation d'équilibre est égale à la somme des potentiels chimiques des espèces du membre de droite. Simultanément, les vitesses des réactions directe et inverse sont égales. Les équilibres impliquant la formation de complexes chimiques sont également des équilibres dynamiques, et les concentrations sont déterminées par les constantes de stabilité des complexes .

Des équilibres dynamiques peuvent également se produire en phase gazeuse ; par exemple, lors de la dimérisation du dioxyde d'azote .

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En phase gazeuse, les crochets indiquent la pression partielle. On peut également écrire la pression partielle d'une substance sous la forme P(substance).

Relation entre les constantes d'équilibre et de vitesse

Dans une réaction simple telle que l' isomérisation :

Il y a deux réactions à considérer : la réaction directe au cours de laquelle l' espèce A est convertie en B et la réaction inverse au cours de laquelle B est convertie en A. Si les deux réactions sont des réactions élémentaires , alors la vitesse de réaction est donnée par

où $constante de vitesse de la réaction directe et la concentration . Si seul A est présent au début, à l'instant$