stoechiométrie

La stoechiométrie concerne les proportions des corps impliqués dans une réaction chimique

-stoechiométrique est l'adjectif signifiant que les proportions des corps qui vont réagir sont dans des rapports précis pour que la réaction soit totale (sans résidu de corps n'ayant pu trouver une possibilité de réaction)

Soit une réaction chimique du genre A.a + B.b + C.c + ...= P.p + Q.q + R.r + ...

a, b, c...sont les nombres de particules (dits coefficients stoechiométriques) concernant les corps A, B, C.... composants initiaux de la réaction chimique

p, q, r...sont les nombres de particules (dits coefficients stoechiométriques) concernant les corps P, Q, R...... composants finaux de la réaction chimique

Les notions utilisées sont les suivantes:

-concentration massique volumique (ρ' = masse / volume)

-concentration massique massique (ym = masse / masse) dite fraction (ou titre) massique, ou "pourcent en masse" si elle est exprimée en %

-concentration volumique massique (v ’ = volume / masse)

-concentration volumique volumique (yv = volume / volume) dite fraction volumique ou "concentration absolue", ou "titre volumique" pour une solution ou dite "pourcent en volume" si elle est exprimée en pourcentage

-concentration moléculaire volumique (B’= quantité de matière / volume) dite molarité pour une solution à constituants standards (et dite normalité si le soluté est actif)

-concentration molaire molaire (yo = quantité de matière / quantité de matière) dite fraction molaire, ou "titre molaire" pour une solution

EXEMPLE de réaction >>  C3H8 + 3O2 >> C + 2CO + 4H2O

Ses coefficients stoechiométriques respectifs sont (1), (3 ) >> (1), (2) et (4)

 

L'ACTION de MASSE

est un terme soulignant l'importance de la masse des constituants dans une réaction chimique

 

CONSTANTE d'ACTION de MASSE

L'avancement d'une réaction chimique dépend d'un coefficient nommé "constante d'action de masse"  ci-après exprimé :

Km = Kn² / (1 - Kn)

Kn est le degré d'avancement de la réaction (en pourcentage)

et Km est la constante d 'action de masse (ou constante d'équilibre) 

Si Km> 104 la réaction est au maximum de son avancement ( > 99%)

Si Km< 10-5 la réaction est nulle

La valeur de Km est en général de # 3 à 5.10-4

-la loi de Van’t Hoff  exprime la variation de Km avec la température

d(Log Km) / dT = ΔH / R*.T

où  ΔH(J/K)= variation d’enthalpie pendant la réaction

R* = constante de Gay-Lussac (8,314 J / K)

T(K)= température absolue de la réaction

Km(nombre)= constante d’action de masse

 

LOI d'ACTION de MASSE (ou loi de Guldberg et Waage)

Elle s'applique à une réaction chimique en équilibre

Km= (yoaA+ yobB + yocC+...) / (yopP+ yoqQ + yorR +...)

où yo = fraction molaire de chacun des composants

a, b, c...p, q, r...= coefficients stoechiométriques initiaux et finaux des corps A, B, C...P, Q, R...

Km (nombre) est la constante d’action de masse -ou constante d’équilibre-

Cette définition est aussi valable pour les gaz (les yo étant alors remplacés par des pressions) et la loi d’action de masse  peut alors s'écrire 

Km= (pa0A+ pb0B+ pc0C+...) / (ppoP+ pq0Q+ pr0R+...)

p0 = pression de chacun des composants

a, b, c...p, q, r...= coefficients stoechiométriques initiaux et finaux des corps A, B, C....P, Q, R...

Les coefficients stoechiométriques sont la plupart du temps arrondis

(Exemples >>  1 pour méthane et CO² ou 2 pour eau et O²)

On peut aussi exprimer la constante d’action de masse par: Km= exp(-ΔG / k.T)

ΔG (J)= variation d’enthalpie libre dans un système où règne une température T

k = constante de Boltzmann (1,3806503. 10-23 J / K) et exp est l’exponentielle

Pour les gaz parfaits, Km ne dépend que de la température