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Physique-Chimie

Chimie

Introduction à l'équilibre chimique

Bonjour à tous ! Dans cette vidéo, nous allons aborder le quotient réactionnel en thermodynamique chimique. Le quotient réactionnel, noté Q, est défini comme le produit des activités des produits divisé par le produit des activités des réactifs. Les activités dépendent de l'état de l'espèce considérée. Pour une espèce gazeuse, l'activité est donnée par la pression partielle divisée par une constante P0. Pour une espèce en solution, l'activité est donnée par la concentration divisée par une constante C0. Pour le solvant ou un solide, l'activité est conventionnellement fixée à 1. Le quotient réactionnel est utilisé pour exprimer l'avancement d'une réaction chimique. Pour une réaction donnée, le quotient réactionnel est le produit des activités des produits divisé par le produit des activités des réactifs. Nous illustrons cette définition avec trois exemples de réactions. Dans chaque cas, nous identifions les valeurs des coefficients stoichiométriques et des activités. Nous simplifions ensuite l'expression du quotient réactionnel en regroupant les termes communs et en annulant les constantes C0. Finalement, nous vérifions que le quotient réactionnel est homogène et cohérent avec l'expression théorique. Il est important de bien comprendre le quotient réactionnel pour analyser l'évolution du système chimique. N'hésitez pas à pratiquer des exercices supplémentaires pour vous entraîner. Merci de nous avoir suivi et à bientôt !

Bonjour à tous, c'est Mathis de ce studio et dans cette vidéo on va attaquer une autre grandeur très importante en thermodynamique chimique, il s'agit du quotient réactionnel. Alors on l'a déjà abordé dans certains autres chapitres mais ici on va bien s'exercer à l'écrire, on va reprendre vraiment toute la base pour bien comprendre cette notion. Alors il faut exprimer le quotient réactionnel pour chacune des transformations ci-dessous avec donc trois réactions. Donc je vais reprendre les bases, quelle est la définition du quotient réactionnel, surtout qu'elle n'est pas très simple. Alors le quotient réactionnel c'est ceci, cette grandeur Q, notre grand Q, et donc c'est égal au produit, voyez ce symbole mathématique, c'est un produit sur l'ensemble des espèces, des activités, la puissance respective du quotient stoichiométrique algébrique. Bon je reprends, je l'ai noté ici de manière synthétique, produit des activités d'espèces Ai, à la puissance respective αi qui est leur quotient stoichiométrique algébrique. Alors il faut donc se rendre compte que c'est donc un produit sur l'ensemble, on a dit donc on va avoir des multiplications juste ici, avec quand même des puissances qui vont dépendre de l'espèce Ai en question. Donc on se rappelle la définition aussi d'une activité qui est différente en fonction de l'état de l'espèce dans laquelle on considère. Donc pour l'activité d'une espèce i qui serait à l'état gazeux, et bien c'est la pression partielle de ce gaz Pi divisé par P0. P0 c'est une constante, elle vaut 1 bar. Tandis que l'activité de l'espèce i si elle est en solution, solution aqueuse très souvent, et bien c'est la concentration de cette espèce Ci divisé par C0, la concentration standard, donc C0 qui vaut 1 mol par litre. Donc c'est très courant d'oublier de diviser par ces grandeurs juste ici, donc P0 ou C0, il faut pas oublier de le faire lorsqu'on parle ici d'activité. Et pour l'activité du solvant ou l'activité d'un solide, et bien par convention, on a noté que c'était 1, leur activité ne variait de très peu, donc on les fixe à 1. Donc l'activité, on peut d'ailleurs remarquer que c'est une grandeur qui est homogène à un nombre, à un chiffre, à l'unité, c'est-à-dire qu'elle n'a pas d'unité. Pour une réaction, on peut appliquer ça, pour bien comprendre dont on parle, pour une réaction donnée ici, alpha fois A plus bêta fois B donne gamma fois C plus delta fois D. Et bien si on applique cette formule, on a quoi comme quotient de réaction ? Donc on commence, la première espèce qu'on considère c'est l'espèce A, donc l'activité de l'espèce A à la puissance de coefficients stoichiométriques algébriques, et bien en fait ici, le coefficient stoichiométrique on peut se dire c'est alpha, mais ici on le considère algébrique, c'est-à-dire que s'il fait partie des réactifs, et bien on va lui mettre un signe moins. S'il fait partie des produits, on lui met un signe plus. Donc ici en soi, le coefficient stoichiométrique algébrique, c'est pas alpha, c'est moins alpha, c'est-à-dire que le terme qui correspond à l'espèce A, c'est l'activité de A à la puissance moins alpha. Et vu que c'est un produit, on peut le passer au dénominateur, juste ici. On continue, fois l'activité liée à l'espèce B à la puissance, on a dit, moins bêta, puisque c'est le coefficient stoichiométrique algébrique, donc il se retrouve aussi au dénominateur. On passe du côté des produits, et bien on a gamma fois C, donc l'activité de C à la puissance gamma, fois l'activité de D à la puissance delta. Mais ici, ils sont bien au numérateur, puisqu'il n'y a pas ce petit moins qui vient du fait que les coefficients stoichiométriques soient algébriques. Ici, ce sont des produits, donc ils ont un plus. C'est pourquoi on se retrouve ici avec cette expression de Q qui est assez générique, on pourra l'appliquer avec nos différents cas, et donc on se rend compte que c'est en fait le produit des activités des produits, divisé le tout sur le produit des activités des réactifs. Maintenant, on peut appliquer au premier cas. Si on considère CH3COH plus H2O qui donne CH3CO- plus H3O+, et bien on a simplement à identifier ici, ça correspond exactement à la formule que l'on a posée, donc alpha ici est égal à bêta, c'est égal à moins 1, on s'en souvient bien du moins, et puis gamma et delta, c'est égal à 1. Et si l'on se réfère bien sûr aux activités, donc ici on a trois espèces en solution, et puis une espèce qui est le solvant. Donc si on applique la formule, Q c'est égal à l'activité de CH3CO- donc la concentration de CH3CO- divisé par C0 à la puissance 1, fois pareil la concentration en H3O+, divisé par C0 à la puissance 1, et divisé le tout par CH3COH divisé par C0 à la puissance 1, fois 1. Donc ne pas oublier que c'est bien sûr l'ensemble du ratio qui est mis à la puissance considérée. Voilà, donc maintenant est-ce qu'on peut simplifier tout ça, il y a des C0 qui peuvent se compenser, et finalement Q, c'est égal à la concentration en CH3CO- fois la concentration en H3O+, divisé par la concentration en CH3COH, fois C0. Attention à ne pas oublier ce C0 là, on le garde même s'il est égal à 1. Souvent on fait le raccourci, mais en exercice il vaut mieux ne pas l'oublier. Et donc ici on se rend compte, pourquoi est-ce qu'on peut vérifier que notre formule est plus cohérente ? C'est qu'elle est homogène en fait. Le quotient de réaction c'est une grandeur sans unité, et donc ici on a bien le produit de deux concentrations, divisé par le produit de deux concentrations. On est bon. Alors on continue, on fait la même pour celle d'après. Cu2+, plus 2HO- donne CuOH2. Donc ici, si on continue d'identifier, c'est pratique, α est égal à moins 1, β est égal à moins 2 cette fois, et γ est égal à 1. On a deux espèces en solution et une espèce solide. Donc Cu est égal à 1 sur la concentration en C8O+, sur C0, à la puissance 1, et cette fois attention, la concentration en HO- sur C0 à la puissance 2. Et donc finalement, Cu ici est égal à C0 à la puissance 3, divisé par la concentration en HO- au carré, et c'est pas celle en HO+, j'ai fait une petite erreur de frappe ici, c'est bien sûr la concentration en Cu2+. On termine l'exercice avec la dernière réaction, 4Al solide, plus 3H2O gazeux, attention, un nouvel état à considérer, donne 2Al2O3 en solide. Donc α est égal à moins 4, β est égal à moins 3, et γ est égal à 2, on commence à être rodé. Et finalement, pour exprimer le quotient de réaction, le solide donne une activité de 1, divisé par un autre solide, une activité de 1, et le gazeux, on se rappelle, c'est la pression partielle en O2, donc PO2, divisé par P0 à la puissance 3. Et donc, on obtient comme quotient de réaction Cu, P0 divisé par PO2, le tout à la puissance 3. Voilà, on sait bien exercer sur ce quotient de réaction, ça tombe très souvent dans les devoirs surveillés, donc n'hésitez pas à reprendre cette notion, qui est aussi toute fondamentale pour comprendre comment va évoluer le système par la suite, donc il faut être rodé dessus, reprenez cet exercice, et en tout cas, merci beaucoup d'avoir suivi cette vidéo, et puis, à bientôt !

Quotient réactionnel

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