🧭 Quotient de réaction Q et constante K : le sens d'évolution
Une réaction chimique a toujours une boussole : la constante d'équilibre K. Le quotient de réaction Q, lui, dit où se trouve le mélange en ce moment. Tant que Q n'a pas rejoint K, le système avance… ou recule ! Prépare ton mélange, prédis le sens, et regarde Q courir vers K, même quand K vaut 10³⁷.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Sur la règle du haut, chaque graduation multiplie Q par 10 : c'est une échelle logarithmique, la seule qui permette de placer à la fois 10−5 et 1037.
- Si Qr,i est à gauche de K (zone bleue), les réactifs se transforment en produits : sens direct. S'il est à droite (zone orange), les produits redonnent des réactifs : sens inverse.
- Pendant l'évolution, Q se rapproche de K et s'arrête dessus : à l'équilibre, Qr,éq = K. Les colonnes montrent les concentrations qui changent ; les pointillés gardent la trace du mélange initial.
- Les solides (Ag, Zn, Cu) et le solvant (l'eau dans une solution aqueuse) n'apparaissent pas dans Qr. Dans l'estérification, l'eau n'est pas le solvant : elle compte.
- Avec Cu2+ + Zn, K est si grand que la transformation est totale : il reste à peine 10−38 mol/L d'ions cuivre(II).
Expériences à faire
- Fe2+ + Ag+ : quelle concentration de Fe3+ faut-il au départ pour que rien ne bouge (Qr,i = K) ?
- Estérification avec 1 mol/L d'acide et 1 mol/L d'alcool : retrouves-tu le célèbre rendement de 67 % ? Comment l'améliorer ?
- Acide éthanoïque dans l'eau : pourquoi le taux d'avancement final est-il si petit ? Compare avec l'acide éthanoïque + ammoniac.
- Atteins un équilibre, clique sur « 📋 Partir de cet équilibre », puis ajoute un produit : dans quel sens repart le système ?
- Dans « ✏️ Ma réaction », mets un coefficient 2 : comment change l'écriture de Qr ?
La chimie derrière l'animation
- Pour la réaction a A + b B ⇌ c C + d D en solution : Qr = ([C]c × [D]d) / ([A]a × [B]b), chaque concentration étant divisée par c° = 1 mol/L (Qr est sans unité). Solides et solvant n'y figurent pas.
- Critère d'évolution spontanée : si Qr,i < K, le système évolue dans le sens direct ; si Qr,i > K, dans le sens inverse ; si Qr,i = K, il est déjà à l'équilibre.
- À l'équilibre, Qr,éq = K : K ne dépend que de la réaction et de la température, pas du mélange initial.
- Taux d'avancement final : τ = xéq / xmax. Si K > 104, la transformation est en pratique totale ; si K est petit (Ka de l'acide éthanoïque : 10−4,76), elle est très limitée.
- Valeurs à 25 °C : Fe2+ + Ag+, K = 3,2 ; estérification, K = 4 ; CH3COOH + NH3, K = 109,25 − 4,76 ≈ 3,1 × 104 ; Cu2+ + Zn, K ≈ 1,5 × 1037. L'animation calcule l'état d'équilibre exact ; le temps de l'évolution, lui, est seulement illustratif.
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