14.9:

14.9: Principe de le Châtelier : modification de la température

Le Chatelier’s Principle: Changing Temperature

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Le Chatelier’s Principle: Changing Temperature

14.8: Le Chatelier’s Principle: Changing Volume (Pressure)

14.10: The Small x Assumption

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02:19 min

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September 24, 2020

Overview

Conformément à la loi d’action de masse, un équilibre contraint par une modification de la concentration se déplace pour rétablir l’équilibre sans modification de la valeur de la constante d’équilibre, K. Lorsqu’un équilibre se déplace en réponse à un changement de température, cependant, il est rétabli avec une composition relative différente qui présente une valeur différente de la constante d’équilibre.

Pour comprendre ce phénomène, considérons la réaction élémentaire :

Comme il s’agit d’une réaction élémentaire, les lois de vitesse pour le sens direct et le sens inverse peuvent être déduites directement à partir de la stœchiométrie de l’équation équilibrée :

Lorsque le système est à l’équilibre,

Le remplacement des lois de vitesse dans cette égalité et la réorganisation donne

La constante d’équilibre peut être exprimée comme une fonction mathématique des constantes de vitesse pour les réactions directes et inverses. Puisque les constantes de vitesse varient avec la température comme le décrit l’équation d’Arrhénius, il est logique que la constante d’équilibre varie également avec la température (en supposant que les constantes de vitesse sont impactées à des degrés différents par le changement de température). Pour les réactions plus complexes impliquant des mécanismes de réaction en plusieurs étapes, il existe une relation mathématique similaire mais plus complexe entre la constante d’équilibre et les constantes de vitesse des étapes du mécanisme. Quelle que soit la complexité de la réaction, la dépendance de sa constante d’équilibre envers la température persiste.

Prédire le déplacement qu’un équilibre subira en réponse à une modification de la température est réalisé plus aisément en considérant la variation d’enthalpie de la réaction. Par exemple, la formation de l’ammoniac par le procédé Haber est un processus exothermique (produisant de la chaleur) :

Afin d’appliquer le principe de Le Châtelier, la chaleur, q, peut être considérée comme un produit :

L’élévation de la température du système revient à augmenter la quantité d’un produit et l’équilibre se déplace donc vers la gauche. L’abaissement de la température du système entraîne également un déplacement vers la droite de l’équilibre. Pour les processus endothermiques, la chaleur est considérée comme un réactif de la réaction et donc on observe la dépendance opposée envers la température.

Ce texte a été adapté d’Openstax, Chimie 2e, Section 13.3 Déplacement d’équilibres :Le principe de Le Châtelier.

Transcript

La température affecte la vitesse d’une réaction chimique;donc, un changement de température donc une réaction à l’équilibre agit comme une contrainte sur le système. Le principe de le Châtelier prévoit comment le système va réagir pour minimiser ces perturbations. Un changement de température change la valeur de la constante d’équilibre, contrairement à un changement de concentration ou de volume, qui déplace l’équilibre sans changer la valeur de K.Considérons la décomposition du pentachlorure de phosphore gazeux en trichlorure de phosphore et chlore gazeux.

Pour cette réaction endothermique, la chaleur absorbée peut être considérée comme un réactif. Une augmentation de la température ajoute de la chaleur au système, similaire à l’ajout d’un réactif supplémentaire. Ainsi, la position d’équilibre se déplace vers les produits et produit plus de trichlorure de phosphore et de chlore pour consommer la chaleur supplémentaire car la valeur de la constante d’équilibre, K, a augmenté.

D’autre part, une diminution de la température élimine la chaleur du système, de la même manière que l’élimination d’un réactif. La position d’équilibre se déplace vers les réactifs et produit plus de pentachlorure de phosphore pour libérer de la chaleur parce que la valeur de K a diminué. Pour une réaction exothermique, telle que la réaction gazeuse entre le dioxyde de soufre et l’oxygène pour produire du trioxyde de soufre, la chaleur dégagée peut être considérée comme un produit.

Une augmentation de la température est similaire à l’ajout plus d’un produit. Cela provoque la position d’équilibre se déplacer vers les réactifs, produisant plus de dioxyde de soufre et de l’oxygène pour absorber une partie de la chaleur ajoutée parce que la valeur de K a diminué. Inversement, diminuer la température de cette réaction exothermique élimine la chaleur, comme on élimine un produit.

La position d’équilibre se déplace vers les produits et produit plus de trioxyde de soufre pour libérer de la chaleur puisque K a augmenté. Ainsi, une augmentation de température favorise les produits dans une réaction endothermique, alors qu’une diminution en température favorise les produits dans une réaction exothermique.

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Learning Objectives

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Principe de Le Chatelier Température Réaction chimique Équilibre Contrainte sur le système Constante d’équilibre Concentration Volume Réaction de décomposition Réaction endothermique Réaction exothermique Réactant Produit