État d'équilibre dynamique et quotient de réaction

Une réaction qui ne va pas jusqu'au bout

Certaines réactions ne se déroulent pas totalement dans un seul sens : elles sont réversibles. On les note avec une double flèche :

a A + b B <=> c C + d D

Cela signifie que la réaction directe (vers la droite) et la réaction inverse (vers la gauche) ont lieu simultanément.

L'état d'équilibre dynamique

Quand les vitesses des réactions directe et inverse deviennent égales, les concentrations de tous les constituants cessent de varier macroscopiquement : c'est l'état d'équilibre. Attention, "équilibre" ne signifie pas "arrêt" : les deux réactions continuent à se produire en permanence, à la même vitesse l'une que l'autre, ce qui donne l'illusion d'un système figé. C'est pourquoi on parle d'équilibre dynamique.

Le quotient de réaction Qr

À chaque instant, on peut calculer le quotient de réaction Qr à partir des concentrations présentes, avec la même expression que la constante d'équilibre K, mais évaluée à un instant quelconque (pas forcément à l'équilibre) :

Qr = [C]^c * [D]^d / ([A]^a * [B]^b)

La constante d'équilibre K

Quand le système atteint l'équilibre, le quotient de réaction prend une valeur particulière, notée K, qui ne dépend que de la température. Comparer Qr à K permet de prédire le sens d'évolution d'un système hors équilibre :

• si Qr < K, la réaction évolue dans le sens direct (vers la droite) ;
• si Qr > K, la réaction évolue dans le sens inverse (vers la gauche) ;
• si Qr = K, le système est à l'équilibre, aucune évolution macroscopique.

Erreur classique

Ne confonds pas Qr et K : Qr se calcule à tout instant avec les concentrations réelles du système, alors que K est une valeur fixe (à température donnée) qui caractérise l'équilibre. Qr évolue au cours du temps jusqu'à rejoindre K.