Description d’un système et de son évolution vers un état final

1. Système physico-chimique

• La composition d’un système peut être décrite par les quantités de matière $\rm n_i$ des différents constituants $\rm i$.
• Pour une espèce dissoute, on définit la concentration molaire $\rm c_i$ :

$\rm c_i=\dfrac{n_i}{V}$

Avec 
$\rm n_i$ la quantité de matière du constituant $\rm i$ en $\rm mol$
$\rm V$ le volume en $\rm L$.

• Pour une espèce gazeuse, on définit la pression partielle $\rm P_i$ c’est la pression qu’aurait ce gaz s’il occupait seul le volume total $\rm V$ du système à la température $\rm T$ considérée.

$\rm P_iV= n_iRT$

Avec 
$\rm V$ le volume en $\rm m^3$.
$\rm R$ la constante des gaz parfait.
$\rm T$ la température du système en $\rm K$.

Aussi, on peut calculer la pression partielle avec la formule :

$\rm P_i=\mathcal x_i \times P$

Avec
$x_{\rm i}=\rm \dfrac{n_i}{n_{tot,gaz}}$ la fraction molaire du constituant $\rm i$.
$\rm P$ la pression totale du système gazeux.

2. Transformation chimique

Pour une réaction chimique, on définit le quotient de réaction :

$\rm Q_r=\Pi _i \mathcal a(A_i)^{\nu_i}$

Avec
$\rm \nu _i$ le coefficient stœchiométrique algébrique du constituant $\rm i$.
$a(\rm A_i)$ l’activité du constituant $\rm i$ à l’instant considéré.

Expression des activités :

• Pour un constituant $\rm A_i$ sous forme de solide ou de liquide pur ou pour le solvant : 

$a(\rm A_i)=1$

• Pour un soluté en solution diluée :

$a(\rm A_i)=\dfrac{[A_i]}{c^o}$

Avec $\rm c^o=1~mol/L$.

• Pour un gaz parfait dans un mélange gazeux :

$a(\rm A_i)=\dfrac{P_i}{P^o}$

Avec $\rm P^o=1~bar$

Critère d’évolution spontanée d’une réaction

« Lors de l’évolution spontanée du système, le quotient de réaction $\rm Q_r$ tend vers la constante d’équilibre $\rm K^o(T)$, constante caractéristique de la réaction qui ne dépend que de la température. Cette constante est donnée par la loi de Guldberg et Waage ou loi d’action des masses :

$\rm K^o(T)=\Pi _i \mathcal a(A_i)^{\nu_i} _{éq}$