Équilibre chimique, condition au cours d’une réaction chimique réversible dans laquelle aucune variation nette des quantités de réactifs et de produits ne se produit. Une réaction chimique réversible est une réaction dans laquelle les produits, dès qu’ils sont formés, réagissent pour produire les réactifs originaux. À l’équilibre, les deux réactions opposées se déroulent à des vitesses égales, donc il n’y a pas de changement net dans les quantités de substances impliquées. À ce stade, la réaction peut être considérée comme achevée; c’est à dire,, pour certaines conditions de réaction spécifiées, la conversion maximale des réactifs en produits a été atteinte.
Les conditions relatives à l’équilibre peuvent recevoir une formulation quantitative., Par exemple, pour la réaction réversible A ⇋ B + C, la vitesse de la réaction à droite, r1, est donnée par l’expression mathématique (basée sur la loi d’action de masse) r1 = k1(A), où k1 est la constante de vitesse de réaction et le symbole entre parenthèses représente la concentration de A. La vitesse de la réaction à gauche, r2, est r2 = k2(B)(C). À l’équilibre, r1 = r2, donc:
L’indice e représente conditions à l’équilibre., Pour une réaction donnée, à une certaine condition de température et de pression spécifiée, le rapport des quantités de produits et de réactifs présents à l’équilibre, chacun porté à leurs puissances respectives, est une constante, désignée constante d’équilibre de la réaction et représentée par le symbole K. La valeur de la constante d’équilibre varie avec la température et la pression selon le principe de Le Chatelier (voir Le Chatelier, Henry-Louis).
Par des méthodes de mécanique statistique et de thermodynamique chimique, on peut montrer que la constante d’équilibre est liée au changement de la quantité thermodynamique appelée l’énergie libre standard de Gibbs accompagnant la réaction., L’énergie libre standard de Gibbs de la réaction, ΔG°, qui est la différence entre la somme des énergies libres standard des produits et celle des réactifs, est égale au logarithme naturel négatif de la constante d’équilibre multiplié par la constante de gaz dite R et la température absolue T:
L’équation permet de calculer la constante d’équilibre, ou les quantités relatives de produits et de réactifs présents à l’équilibre, à partir de valeurs mesurées ou dérivées d’énergies libres standard de substances.
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