Exemple du chlorure de sodium [Dissolution et précipitation d'une espèce chimique dans l'eau]

Exemple du chlorure de sodium

Lorsqu'un composé ionique tel que le chlorure de sodium passe en solution, on peut considérer que la réaction suivante se produit :

\(\textrm{NaCl }_{\textrm{solide}}\rightleftarrows{\textrm{ Na}^+}_{\textrm{aq}}+{\textrm{ Cl}^-}_{\textrm{aq}}\)

Les indices à droite de la formule chimique de l'espèce indiquent l'état physique de l'espèce : rappelons que l'indice « aq » signifie « aqueux » c'est à dire que l'ion est solvaté c'est à dire entouré d'un certain nombre de molécules d'eau.

Comme pour toutes les transformations chimiques, à la réaction ci-dessus est associée une constante d'équilibre que l'on note \(K_s\) par convention pour ce type de réactions de dissolution. Lorsque l'état d'équilibre est atteint, c'est à dire lorsque le solide est encore présent dans la solution, cette solution est une solution saturée et la relation suivante est vérifiée :

\(Q=\frac{\textrm{a}_{\textrm{Na}^+}.\textrm{a}_{\textrm{Cl}^-}}{\textrm{a}_{\textrm{NaCl}}}=K_s\)

Dans laquelle \(Q\) représente le quotient réactionnel^[1] de la réaction et \(\textrm a_\textrm i\) l' activité^[2] ^[2] ^[2]de l'espèce i. L'activité d'un corps pur solide étant égale à l'unité, cette relation devient :

\(\textrm{a}_{\textrm{Na}^+}.\textrm{a}_{\textrm{Cl}^-}=K_s\)

Elle est connue sous le nom de produit de solubilité.

Notes

Quotient réactionnel Q
Le quotient réactionnel Q est une grandeur thermodynamique permettant de prévoir l'évolution d'un système dans lequel la réaction \(\mathrm{Sn_i.X_i}\) = 0 (\(\mathrm{n_i}\) est positif pour les produits, négatif pour les réactifs) peut avoir lieu et à laquelle est associée la constante d'équilibre K :
Q est défini comme \(\mathrm{P~a_i^{ni}}\) ;
où \(\mathrm{a_i}\) représente l'activité du composé i
On l'utilise pour prévoir l'évolution d'un système en comparant Q et K :
Si Q < K alors le système va évoluer de sorte que les activités des produits augmentent et que celles des réactifs diminuent , c'est à dire que l'avancement de réaction sera positif (réaction s'effectuant de gauche à droite) . L'évolution sera terminée lorsque Q sera égal à K. Le quotient réactionnel à l'équilibre est alors noté \(\mathrm{Q_{eq}}\).
Si Q > K l'évolution se fera de droite à gauche (avancement de réaction négatif) . L'évolution sera également terminée lorsque Q = \(\mathrm{Q_{eq}}\)= K.

Activité

A chaque espèce chimique est associée une grandeur sans dimension dont la valeur vaut 1 lorsque l'espèce chimique se trouve à l'état standard .Cette grandeur est l'activité de l'espèce chimique concernée. Elle est très utile pour calculer l'état d'équilibre d'un système. Le tableau suivant montre comment on calcule l'activité d'une espèce dans les situations les plus variées.

Nature et état physique du constituant i	Description de l'état standard	Expression de l'activité correspondante.
phase solide : solide pur	solide pur	a = 1
phase solide : solution solide d'un constituant i.	solide i pur	ai = activité du constituant i = fraction molaire de i dans la solution solide.
phase gaz : gaz parfait pur	gaz sous la pression p° = 1 bar	a = p / p°
phase gaz : gaz parfait i dans un mélange de gaz	gaz i sous la pression partielle p° = 1 bar	ai = pi / p° où pi = pression partielle du gaz i dans le mélange gazeux.
phase gaz : gaz réel pur	gaz sous la pression p° = 1 bar	a = f / f° où f représente la fugacité du gaz réel et f° celle du gaz dans son état standard.
phase gaz : gaz réel i dans un mélange de gaz	gaz i sous la pression partielle p° = 1 bar	ai = fi / f° où fi représente la fugacité du gaz réel i dans le mélange gazeux et f° celle du gaz dans son état standard.
phase liquide : liquide pur	liquide pur	a = 1
phase liquide : liquide i constituant d'un mélange homogène idéal.	liquide i pur	ai = fraction molaire de i dans le mélange liquide.
phase liquide : solution diluée dont le constituant i est le solvant.	liquide i pur	ai = 1
phase liquide : solution diluée idéale dont le constituant i est l'un des solutés.	solution de i à la concentration c° = 1 mol/L	ai = ci/c° où ci = concentration de i (en mol/L) dans la solution idéale.
phase liquide : solution diluée réelle dont le constituant i est l'un des solutés.	solution de i à la concentration c° = 1 mol/L	ai = fonction complexe de la concentration faisant intervenir un coefficient d'activité γi .