Réaction réversible

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Une réaction réversible est une réaction dans laquelle se produisent simultanément la conversion des réactifs en produits et la conversion des produits en réactifs. [1]


A et B peuvent réagir pour former C et D, ou C et D peuvent réagir pour former A et B dans la réaction inverse. Ceci est distinct d'un processus réversible en thermodynamique .

Les acides et les bases faibles subissent des réactions réversibles. Par exemple, l'acide carbonique :

H 2 CO 3 (l) + H 2 O (l) ⇌ HCO 3 (aq) + H 3 O + (aq) .

Les concentrations des réactifs et des produits dans un mélange à l'équilibre sont déterminées par les concentrations analytiques des réactifs (A et B ou C et D) et la constante d'équilibre, K . L'amplitude de la constante d'équilibre dépend du changement d' énergie libre de Gibbs pour la réaction. [2] Ainsi, lorsque le changement d'énergie libre est important (plus d'environ 30 kJ mol − 1 ), la constante d'équilibre est importante (log K > 3) et les concentrations des réactifs à l'équilibre sont très faibles. Une telle réaction est parfois considérée comme une réaction irréversible, bien que l'on s'attende toujours à ce que de petites quantités de réactifs soient présentes dans le système de réaction. Une réaction chimique véritablement irréversible est généralement obtenue lorsque l'un des produits sort du système de réaction, tout comme le dioxyde de carbone (volatil) dans la réaction

CaCO 3 + 2HCl → CaCl 2 + H 2 O + CO 2

Histoire[modifier | modifier le code]

Le concept de réaction réversible a été introduit par Berthollet en 1803, après avoir observé la formation de cristaux de carbonate de sodium au bord d'un lac salé [3] (l'un des lacs à natron en Egypte, dans le calcaire ) :

2NaCl + CaCO 3 → Na 2 CO 3 + CaCl 2

Il a reconnu cela comme l'inverse de la réaction familière.

Na 2 CO 3 + CaCl 2 → 2NaCl + CaCO 3

Jusque-là, on pensait que les réactions chimiques se déroulaient toujours dans une seule direction. Berthollet a estimé que l'excès de sel dans le lac a contribué à pousser la réaction "inverse" vers la formation de carbonate de sodium. [4]

En 1864, Waage et Guldberg ont formulé leur loi d'action de masse qui a quantifié l'observation de Berthollet. Entre 1884 et 1888, Le Chatelier et Braun formulent le principe de Le Chatelier, qui étend la même idée à un énoncé plus général sur les effets de facteurs autres que la concentration sur la position de l'équilibre.

Cinétiques de réaction[modifier | modifier le code]

Pour la réaction réversible A⇌B, le pas en avant A→B a une constante de vitesse et le pas en arrière B→A a une constante de vitesse . La concentration de A obéit à l'équation différentielle suivante :

.

 

 

 

 

(1)

Si l'on considère que la concentration du produit B à tout instant est égale à la concentration des réactifs à l'instant zéro moins la concentration des réactifs à l'instant , on peut poser l'équation suivante :

.

 

 

 

 

(2)

En combinant 1 et 2, on peut écrire

.

La séparation des variables est possible et en utilisant une valeur initiale , on obtient:

et après un peu d'algèbre on arrive à l'expression cinétique finale :

.

La concentration de A et B à un temps infini a un comportement comme suit :

Ainsi, la formule peut être linéarisée afin de déterminer  :

Pour trouver les constantes individuelles et , la formule suivante est requise :

Voir également[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. « Reversible Reaction », lumenlearning.com (consulté le )
  2. at constant pressure.
  3. How did Napoleon Bonaparte help discover reversible reactions?. Chem1 General Chemistry Virtual Textbook: Chemical Equilibrium Introduction: reactions that go both ways.
  4. Claude-Louis Berthollet,"Essai de statique chimique", Paris, 1803. (Google books)