- Caractéristiques des réactions réversibles
- Équation générale et équilibre
- Principe du Châtelier
- Modifications chimiques
- Espèces chimiques
- Exemples de réactions réversibles
- Solution de chlorure de cobalt
- Iodure d'hydrogène
- Hydrolyse
- Solution de chromate-dichromate
- Ammoniac
- Estérification
- Références
Une réaction réversible est une réaction qui, à un moment donné de son cours, atteint un état d'équilibre dans lequel les concentrations des réactifs et des produits restent constantes; c'est-à-dire qu'ils ne varient pas, puisque la vitesse à laquelle l'un est consommé est la même avec laquelle l'autre apparaît. On dit également qu'un tel état correspond à un équilibre dynamique.
Cependant, l'équilibre pourrait être vu comme une conséquence de la réversibilité d'une réaction chimique; car dans les réactions irréversibles, il est impossible d'établir un équilibre. Pour cela, les produits doivent pouvoir réagir entre eux, dans des conditions spécifiques de pression et de température, provoquant le retour des réactifs.
Le symbole à double flèche indique qu'une réaction est réversible. Source: Cette image SVG a été créée par Medium69.Cette image SVG a été créée par Medium69.Veuillez créditer ceci: William Crochot
Ceci est simplifié à l'extrême en utilisant le symbole de double flèche (avec deux têtes antiparallèles). Quand on le voit dans une équation chimique, cela signifie que la réaction se déroule dans les deux sens: de gauche à droite (formation de produits), et de droite à gauche (formation de réactifs ou de réactifs).
La minorité des réactions chimiques sont réversibles et se retrouvent principalement dans les synthèses organiques et inorganiques. Dans ces derniers, il est extrêmement important de savoir quelles conditions favorisent l'équilibre pour estimer les quantités de produit pouvant être obtenues.
Caractéristiques des réactions réversibles
Équation générale et équilibre
Une réaction réversible a l'équation générale suivante, considérant qu'il n'y a que deux réactifs, A et B:
A + B ⇌ C + D
La double flèche indique que A et B réagissent pour produire C et D, mais aussi C et D peuvent réagir l'un avec l'autre pour régénérer les réactifs; c'est-à-dire que la réaction dans la direction opposée, de droite à gauche, a lieu.
La réaction directe produit des produits, tandis que l'inverse est réactif. Si l'un est exothermique, l'autre doit logiquement être endothermique, et les deux se produisent spontanément; mais pas nécessairement à la même vitesse.
Par exemple, A et B peuvent être plus petits ou instables que C et D; et par conséquent, ils sont consommés plus rapidement que C et D peut les régénérer.
Si les produits C et D réagissent à peine l'un avec l'autre, il y aura alors une plus grande accumulation de produits que de réactifs. Cela signifie que lorsque l'équilibre chimique est atteint, nous aurons des concentrations plus élevées de C et D que de A ou B, que leurs concentrations ne varient pas ou non.
On dit alors que l'équilibre est déplacé vers la gauche, où il y aura plus de produits que de réactifs.
Principe du Châtelier
Une réaction réversible se caractérise en se déroulant dans les deux sens dans une équation chimique, en atteignant un point d'équilibre, et en répondant aux changements ou influences externes suivant le principe du Châtelier.
En fait, grâce à ce principe, les observations de Berthollet en 1803 pourraient être expliquées, lorsqu'il a reconnu des cristaux de Na 2 CO 3 dans un lac de sable situé en Egypte. La réaction de double déplacement serait:
Na 2 CO 3 (aq) + CaCl 2 (aq) ⇌ NaCl (aq) + CaCO 3 (aq)
Pour que la réaction inverse ait lieu, il doit y avoir un excès de NaCl, et ainsi l'équilibre se déplacerait vers la droite: vers la formation de Na 2 CO 3.
Cette caractéristique est d'une grande importance car de la même manière les pressions ou températures sont manipulées pour favoriser la direction de la réaction engendrée par l'espèce d'intérêt.
Modifications chimiques
Les changements chimiques pour les réactions réversibles ont tendance à être moins évidents que ceux observés pour les réactions irréversibles. Cependant, il existe des réactions, en particulier celles impliquant des complexes métalliques, dans lesquelles nous voyons des changements de couleur en fonction de la température.
Espèces chimiques
Tout type de composé peut être impliqué dans une réaction réversible. On a vu que deux sels sont capables d'établir un équilibre, Na 2 CO 3 et CaCl 2. La même chose se produit entre les complexes métalliques ou les molécules. En fait, la plupart des réactions réversibles sont dues à des molécules avec des liaisons spécifiques qui se rompent et se régénèrent encore et encore.
Exemples de réactions réversibles
Solution de chlorure de cobalt
Une solution de chlorure de cobalt, CoCl 2, dans l'eau la tache de rose, en raison de la formation d'un complexe aqueux. Lorsque cette solution est chauffée, la couleur vire au bleu, donnant la réaction réversible suivante:
2+ (aq) (rose) + 4Cl - (aq) + Q ⇌ CoCl 4 2- (aq) (bleu) + 6H 2 O (l)
Où Q est la chaleur fournie. Cette chaleur déshydrate le complexe, mais au fur et à mesure que la solution refroidit, ou si de l'eau est ajoutée, elle retrouvera sa couleur rose d'origine.
Iodure d'hydrogène
La réaction réversible suivante est peut-être la plus classique dans l'introduction du concept d'équilibre chimique:
H 2 (g) + I 2 (s) ⇌ 2HI (g)
Notez que la réaction parvient à établir un équilibre même lorsque l'iode est à l'état solide. Toutes les espèces sont moléculaires: HH, II et HI.
Hydrolyse
L'hydrolyse sont des exemples très représentatifs de réactions réversibles. Parmi les plus simples, nous avons celui qui souffre d'un acide ou d'une base conjuguée. L'hydrolyse de l'ion ammonium NH 4 + et de l'ion carbonate CO 3 2- est la suivante:
NH 4 + (aq) + H 2 O (l) ⇌ NH 3 (g) + OH -
CO 3 2- (aq) + H 2 O (l) ⇌ HCO 3 - (aq) + OH -
Si nous ajoutons une base qui apporte des ions OH - au milieu, nous déplacerons les deux équilibres vers la gauche.
Solution de chromate-dichromate
Très similaire au premier exemple, une solution de chromate subit un changement de couleur mais en raison de variations de température mais pas de pH. La réaction réversible est:
2CrO 4 2- (aq) (jaune) + 2H 3 O + (aq) ⇌ Cr 2 O 7 2- (aq) (orange) + 3H 2 O (l)
Ainsi, si une solution jaune de CrO 4 2- est acidifiée avec un acide, sa couleur deviendra immédiatement orange. Et si on la rend alors alcaline ou si on ajoute de l'eau en abondance, la balance se déplacera vers la droite, la couleur jaune réapparaît et le Cr 2 O 7 2- étant consommé.
Ammoniac
La synthèse de l'ammoniac, NH 3, implique une réaction réversible ajustée pour que l'azote gazeux, une espèce très inerte, réagisse:
N 2 (g) + 3H 2 (s) ⇌ 2NH 3 (g)
Estérification
Et enfin, un exemple de chimie organique est mentionné: l'estérification. Celui-ci consiste à obtenir un ester à partir d'un acide carboxylique et d'un alcool en milieu acide fort. La réaction réversible est:
RCOOH + R'OH ⇌ RCOOR '+ H 2 O
Références
- Whitten, Davis, Peck et Stanley. (2008). Chimie (8e éd.). Apprentissage CENGAGE.
- Walter J. Moore. (1963). Chimie physique. En cinétique chimique. Quatrième édition, Longmans.
- Ira N. Levine. (2009). Principes de physicochimie. Sixième édition, pp. 479-540. Mc Graw Hill.
- Wikipédia. (2020). Réaction réversible. Récupéré de: en.wikipedia.org
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (19 août 2019). Définition et exemples de réactions réversibles. Récupéré de: thinkco.com
- Binod Shrestha. (05 juin 2019). Réactions réversibles et irréversibles. Chimie LibreTexts. Récupéré de: chem.libretexts.org
- David Wood. (2020). Réactions chimiques réversibles: définition et exemples. Étude. Récupéré de: study.com