Déplacement d'équilibre - Définition

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Dans de nombreuses synthèses, l'un des princpaux buts est d'améliorer le rendement. Lorsque ces synthèses sont des équilibres, comme dans le cadre de l'estérification, on cherche à déplacer ces équilibres. Ici sont réunies les principales lois qui régissent ces déplacements d'équilibres.

Définitions

Soit un système physico-chimique dans un état d'équilibre. Si on lui impose une variation d'un paramètre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte...) intensif ou extensif, il y a en général évolution vers un nouvel état d'équilibre.

  • Si l'état final est un état d'équilibre du même système physico-chimique que l'état initial (même espèces chimiques, dans le même état physique), on parle de déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles...) d'équilibre.
  • Si l'état final est un état d'équilibre d'un système physico-chimique différent, on parle de rupture d'équilibre.

Loi générale de modération: Principe de Le Chatelier

Le principe de Le Chatelier, ou loi générale de modération, déduite d'observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) expérimentales, a été énoncé par Henry Le Chatelier (Henry Louis Le Chatelier (Paris le 8 octobre 1850, Miribel-les-Échelles le...) en 1884. Ce principe est applicable dans le cadre d'un déplacement d'équilibre, et non pas d'une rupture d'équilibre.

Ennoncé :

"Lorsque les modifications extérieures apportées à un système physico-chimique en équilibre provoquent une évolution vers un nouvel état d'équilibre, l'évolution s'oppose aux perturbations qui l'ont engendrée et en modère l'effet."

Ce genre de principe existe aussi en électromagnétisme (L'électromagnétisme est une branche de la physique qui fournit un cadre très général d'étude...), dans le domaine de l'induction connu sous le nom de Loi de Lenz (La loi de Lenz (ou loi de Lenz-Faraday) sert en électromagnétisme et permet de déterminer le...).

Autres formulations:

  • Un système thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur...) en équilibre soumis à une perturbation (introduction d'un nouveau constituant, augmentation de la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...), variation de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...), etc...) tend à s'opposer à cette perturbation, le déplacement de l'équilibre tendant à restituer les conditions initiales.
  • Si un système chimique à l’équilibre est soumis à une modification de certains paramètres ayant pour effet de perturber cet équilibre, ledit système évolue dans la direction qui contrecarre la modification imposée, de manière à se réajuster à un nouvel état d’équilibre caractérisé par la même valeur de constante thermodynamique.

Ce principe se déduit de la loi d'action de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) et de la loi de Jacobus Henricus van 't Hoff.

Influence de la température: Loi expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes...) de Van't Hoff

On se place à volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) ou à pression constant, en système fermé.

Énoncé

"Une élévation de température appliquée à un système fermé en équilibre et maintenu à pression ou à volume constant entraîne un déplacement voire une rupture d'équilibre dans le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...) de la réaction qui, à température et pression ou volume constants est endothermique".

En pratique

Pour un système fermé en équilibre si on élève la température, une réaction chimique (Une réaction chimique est une transformation de la matière au cours de laquelle les...) endothermique verra sa réaction directe favorisée et une réaction chimique exothermique verra sa réaction inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de...) favorisée. Il s'agit d'une particularisation du Principe de Le Chatelier.

Exemples

Démonstrations

On applique au système une variation de température dT ( dT > 0 )



Influence de la pression: Loi expérimentale de Le Chatelier

On se place à température constante, dans une enceinte fermée.

Énoncé

"Une augmentation de pression appliquée à un système fermé en équilibre et maintenu à température constante provoque un déplacement d'équilibre, voire une rupture d'équilibre dans le sens pour lequel la réaction s'accompagne, à température et pression constantes, d'une diminution de volume".

En pratique

Si on élève la pression, un équilibre chimique qui présente des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) dans ses produits ou réactifs verra la réaction qui consomme le plus de gaz (et donc en produit le moins) favorisée. L'équilibre va évoluer dans le sens de la diminution des phases gazeuses (si elles existent). Il s'agit encore d'une particularisation du Principe de Le Chatelier.

Exemples


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