Équilibre dynamique

Imagine que tu te trouves à l'épicerie un samedi matin très fréquenté. Tu te diriges vers l'avant du magasin, tu prends un chariot et tu entres dans le bâtiment. Alors que tu passes les portes, quelqu'un d'autre sort du magasin avec son chariot plein de courses. Une mère à l'air frénétique se précipite derrière toi juste au moment où un homme âgé sort en traînant les pieds ; deux adolescents entrent et se dirigent directement vers l'allée des sodas alors qu'un jeune couple sort, chargé de sacs volumineux de produits frais et de miches de pain. Les acheteurs entrent et sortent constamment, mais dans l'ensemble, le nombre de personnes dans le magasin reste le même. C'est un exemple d'équilibre dynamique.

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      • Cet article a pour sujet l'équilibre dynamique en chimie.
      • Nous allons définir l'équilibre dynamique et examiner ses propriétés avant de comparer les équilibres statique et dynamique.
      • Ensuite, nous explorerons quelques exemples d'équilibre dynamique.

      Définition de l'équilibre dynamique

      Certaines réactions sont réversibles. Les réactifs réagissent pour former les produits, comme tu t'y attends, et c'est ce qu'on appelle la réaction directe. Cependant, les produits réagissent également pour former les réactifs, et c'est ce qu'on appelle la réaction inverse. Si tu laisses les espèces impliquées dans une réaction réversible seules dans un système fermé pendant un certain temps, elles finiront par atteindre un point de stabilité. C'est ce qu'on appelle un équilibre dynamique.

      Un équilibre dynamique est l'état d'une réaction réversible dans lequel la vitesse de la réaction en avant est égale à la vitesse de la réaction en arrière et les concentrations des réactifs et des produits restent les mêmes.

      Examinons cela de plus près. Considérons la réaction suivante :

      \[A + B \leftrightharpoons C\]

      Dans la réaction en avant, les réactifs (A et B) réagissent pour former le produit (C). Dans la réaction inverse, le produit (C) réagit pour former les réactifs (A et B).

      Si tu mélanges A et B dans un récipient hermétique, ils réagissent rapidement ensemble pour former C. La vitesse de la réaction en avant est initialement très élevée, et beaucoup de A et de B se transforment en C. Cela fait que les concentrations de A et de B diminuent tandis que la concentration de C augmente. Cependant, à mesure que la concentration de C augmente, la réaction inverse commence à se produire : C se transforme à nouveau en A et B. La concentration de C diminue alors que les concentrations de A et B augmentent.

      Tu peux voir qu'il y a deux réactions qui se produisent en même temps : A et B se transforment en C, et C se transforme en A et B. Les vitesses de ces deux réactions sont initialement très différentes, mais avec le temps, elles deviennent égales. Les deux réactions sont toujours en cours, mais elles se produisent simplement au même rythme. Cela signifie que dans l'ensemble, les concentrations de A, B et C restent constantes. Nous appelons ce point un équilibre dynamique.

      Graphiques d'équilibre dynamique montrant la vitesse de réaction et la concentration à l'équilibre dynamique StudySmarter

      Fig. 1 : Graphiques montrant le taux de réaction et la concentration à l'équilibre dynamique. Le premier graphique montre qu'à l'équilibre dynamique, la vitesse des réactions en avant et en arrière ne change pas et est la même pour les deux. Le deuxième graphique montre qu'à l'équilibre dynamique, la concentration du produit et des réactifs, bien que différents l'un de l'autre, reste stable dans le temps.

      Nous pouvons appliquer cela à notre analogie avec l'épicerie. À l'ouverture du magasin, il y a d'abord beaucoup de gens à l'extérieur et aucun à l'intérieur. Les gens se précipitent à l'intérieur lorsque les portes s'ouvrent, ce qui représente un taux élevé de réaction en avant. Le nombre de personnes à l'intérieur du magasin augmente, tandis que le nombre de personnes à l'extérieur du magasin diminue.

      Au bout d'un certain temps, les gens commencent à partir. Ils ont fait leurs courses et veulent maintenant rentrer chez eux. Cela représente la réaction inverse. Finalement, le nombre de personnes quittant le magasin est égal au nombre de personnes entrant dans le magasin. À ce stade, les taux des réactions avant et arrière sont égaux et les concentrations de personnes à l'intérieur et à l'extérieur du magasin restent les mêmes. Nous avons atteint un état d'équilibre dynamique.

      Il est important de noter qu'un équilibre dynamique peut être atteint dans les deux sens. Peu importe que tu commences avec seulement les réactifs ou seulement les produits, ou peut-être un mélange des deux - donne au système suffisamment de temps, et tu finiras par obtenir un équilibre dynamique.

      Propriétés de l'équilibre dynamique

      En résumé, un équilibre dynamique se caractérise par deux propriétés principales :

      • La vitesse de la réaction en avant et la vitesse de la réaction en arrière sont égales.
      • Les concentrations des réactifs et des produits ne changent pas.

      Équilibre dynamique ou statique

      Nous avons appris que dans un équilibre dynamique, les taux des réactions en avant et en arrière sont les mêmes et les concentrations des produits et des réactifs restent inchangées. Cependant, les deux réactions sont toujours en cours - d'où l'utilisation du mot dynamique. On peut dire qu'au niveau microscopique, le système change, mais qu'à l 'échelle macroscopique, le système reste inchangé. Cela ressemble à un nombre égal de clients qui entrent et sortent de l'épicerie en même temps.

      Leséquilibres statiques sont un peu différents. Dans un équilibre statique, les concentrations des produits et des réactifs ne changent toujours pas, mais c'est parce qu'il n'y a pas de réactions chimiques en cours - ni la réaction en avant ni la réaction en arrière n'ont lieu. Au niveau microscopique et macroscopique, le système reste inchangé. Cette situation est analogue à celle de l'épicerie une fois les heures d'ouverture terminées. Le nombre de personnes à l'intérieur et à l'extérieur du magasin reste le même, mais c'est parce que personne n'entre ni ne sort. On peut dire que ni la réaction en avant ni la réaction en arrière ne se produisent.

      Ce tableau résume les différences entre les équilibres dynamiques et statiques :

      Type d'équilibreDynamiqueStatique
      Concentrations des espècesRestent les mêmesRestent les mêmes
      Taux de réactionLe taux de la réaction en avant est égal au taux de la réaction en arrièreLes deux réactions sont en coursAucune réaction ne se produit
      SystèmeFerméOuvert ou fermé

      Exemple d'équilibre dynamique

      Voyons maintenant quelques exemples d'équilibres dynamiques.

      Si tu places des cristaux d'iode gris-noir dans un bécher et que tu ajoutes un couvercle, tu finis par former un équilibre dynamique. Les cristaux d'iode solides se décomposent en vapeur d'iode violette tandis que, dans le même temps, l'iode gazeux violet se solidifie en cristaux d'iode gris-noir.

      Un bécher avec des molécules d'iode à l'état solide et à l'état gazeux. Équilibre dynamique, StudySmarterFig. 2 : L'iode - un exemple d'équilibre dynamique.

      Un autre exemple d'équilibre dynamique est le procédé Haber, utilisé dans la production industrielle d'engrais. Ici, les molécules d'azote et d'hydrogène réagissent pour former de l'ammoniac dans une réaction réversible. Voici l'équation :

      \[N_2 (g) + 3H_2 (g) \leftrightharpoons 2NH_3(g)\].

      Dynamique de non-équilibre

      Ladynamique de non-équilibre est une branche de la thermodynamique utilisée pour modéliser les systèmes qui ne suivent pas les conditions d'équilibre. Elle s'appuie sur les variables d'équilibre pour prédire le comportement des systèmes qui ne sont pas en équilibre dynamique et a de nombreuses applications dans le monde réel. Il s'agit notamment de la modélisation des systèmes de transport et de la composition des écosystèmes.

      C'est la fin de cet article. Tu devrais maintenant être capable d'expliquer ce que nous entendons par équilibre dynamique et de donner ses propriétés caractéristiques. Tu devrais également pouvoir comparer les équilibres dynamiques et statiques et donner des exemples d'équilibre dynamique.

      Équilibre dynamique - Principaux enseignements

      • Un équilibre dynamique est l'état d'une réaction réversible dans lequel la vitesse de la réaction en avant est égale à la vitesse de la réaction en arrière et les concentrations des réactifs et des produits restent les mêmes.
      • Les équilibres dynamiques ne se produisent que dans un système fermé.
      • À l'équilibre dynamique, les réactions en avant et en arrière sont toutes deux en cours. En revanche, à l'équilibre statique, aucune des deux réactions ne se produit.
      • Parmi les exemples d'équilibres dynamiques, on trouve de nombreuses réactions industrielles réversibles telles que le procédé Haber.
      Questions fréquemment posées en Équilibre dynamique
      Qu'est-ce que l'équilibre dynamique en chimie ?
      L'équilibre dynamique en chimie est un état où les réactions directes et inverses se produisent à des vitesses égales, maintenant les concentrations des réactifs et produits constantes.
      Comment savoir si une réaction est à l'équilibre dynamique ?
      Une réaction est à l'équilibre dynamique lorsque les concentrations des réactifs et des produits ne changent plus avec le temps.
      Pourquoi l'équilibre dynamique est-il important en chimie ?
      L'équilibre dynamique est important car il permet de comprendre et de prédire le comportement des systèmes chimiques dans des conditions constantes.
      Quelle est la différence entre un équilibre statique et un équilibre dynamique ?
      L'équilibre statique implique l'absence de mouvement entre les réactifs et produits, tandis que l'équilibre dynamique implique des réactions continues mais à taux égaux.
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      Vrai ou faux ? Un équilibre statique peut se produire dans un système ouvert.

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