Loi de Guldberg et Waage

Loi d'action de masse

La loi d'action de masse (ou loi de Guldberg et Waage (1864)) est une loi qui permet de définir l'équilibre d'un système réactionnel.

Historique

La loi d'action des masses a été énoncée par Guldberg et Waage en 1864. Elle explicite les conditions de l'équilibre chimique dans la continuité des travaux de Claude Louis Berthollet, Henry Le Châtelier, Jacobus Henricus van 't Hoff et Willard Gibbs. Un système réactionnel soumis à une réaction chimique ayant atteint un équilibre, est caractérisé par le fait que les concentrations des réactifs de départ et des produits formés, sont reliées par une expression dont la valeur est constante à une température donnée.

La constante $K_{c}(T)~$ ainsi définie est appelée constante d'équilibre de Guldberg et Waage. Ils abordèrent également l'aspect cinétique chimique de l'équilibre chimique en proposant l'hypothèse que l'équilibre obtenu n'est pas statique mais dynamique ou stationnaire : les vitesses de la réaction directe et de la réaction inverse étant égales.

Théorie

Une réaction chimique évolue tant que son enthalpie libre de réaction à T,p constante, $\Delta_{r} G~$, pour un avancement donné de la réaction : $\xi~$, est négative. L'équilibre est atteint lorsque $\Delta_{r} G=0~$ (voir Équilibre chimique).

ou :

$\Delta_{r} G= \sum_{i} \nu_{i} \cdot {\mu_{i}}_{(T,p)}~$

et par définition du potentiel chimique :

${\mu_{i}}_{(T,p)} = {\mu^{o}_i}_{(T)} + RT \ln(a_{i})~$

avec $a_{i}~$ l'activité chimique de chaque especes et $\mu^0_{i,T}~$ le potentiel chimique standard à T.

$\Rightarrow \sum_{i} \nu_{i} \cdot ({\mu^{o}_i}_{(T)} + RT \ln(a_{i}))=0~$

Or $\Delta_{r} G^{o}(T) = \sum_{i} \nu_{i} \cdot {\mu^{o}_i}_{(T)}~$

$\Rightarrow \Delta_{r} G^{o}(T) = - RT \ln(\prod_{i} a_{i}^{\nu_{i}})~$

Posons alors:

$K^{o}_T = \prod_{i} a_{i}^{\nu_{i}}~$ que l'on nomme constante d'équilibre

on obtient la relation à l'équilibre:

$\Delta_{r} G^{o}(T) = - RT \ln(K^{o}(T))~$

La loi d'action des masses étant donnée par :

$K^{o}_T = \prod_{i} a_{i}^{\nu_{i}}~$

Articles connexes

• Équilibre chimique

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