📘 L’évolution spontanée d’un système chimique

Le quotient de réaction Qr comparé à la constante d’équilibre K permet de prévoir le sens d’évolution spontanée d’un système chimique. Les piles électrochimiques sont des exemples d’évolution spontanée.

📐 I. Réactions totales et équilibres

Réaction totale (taux d’avancement τ = 1) : les réactifs sont entièrement consommés à l’état final.
Réaction non totale (τ < 1) : l’état final contient encore des réactifs et des produits → équilibre dynamique.
Taux d’avancement : τ = xf / xmax.

📐 II. Quotient de réaction Qr et constante K

Pour une réaction aA + bB ⇌ cC + dD :
Qr = ([C]ᶜ × [D]ᵈ) / ([A]ᵃ × [B]ᵇ)
À l’équilibre : Qr = K (constante d’équilibre, sans unité, dépend de T).

Critère d’évolution spontanée :

• Qr < K → le système évolue dans le sens direct (formation des produits).
• Qr > K → le système évolue dans le sens indirect (formation des réactifs).
• Qr = K → le système est à l’équilibre, il n’évolue plus.

📐 III. Réactions d’oxydoréduction

Oxydant : espèce qui capte des électrons (se réduit).
Réducteur : espèce qui cède des électrons (s’oxyde).
Demi-équation rédox : Oxₓ + ne⁻ = Rédₓ.
Réaction globale : on combine les deux demi-équations en éliminant les électrons.

📐 IV. Piles électrochimiques

Une pile convertit de l’énergie chimique en énergie électrique lors d’une réaction spontanée.
Anode (−) : oxydation du réducteur, libération d’électrons.
Cathode (+) : réduction de l’oxydant, captation d’électrons.
Les électrons circulent de l’anode vers la cathode dans le circuit extérieur.
Le pont salin assure l’électroneutralité des solutions.

💡 À retenir

• Qr < K → sens direct ; Qr > K → sens indirect ; Qr = K → équilibre.
• τ = xf / xmax (taux d’avancement).
• Pile : anode (−) = oxydation ; cathode (+) = réduction.
• Rédox : échanges d’électrons entre oxydant et réducteur.