Piloter un équilibre chimique

Une transformation réelle est limitée à la fois par la thermodynamique et par la cinétique. À température fixée, la constante d'équilibre $K$ caractérise une réaction ; le quotient réactionnel $Q$ décrit l'état instantané. Si $Q<K$, le sens direct est thermodynamiquement favorisé dans le cadre du bilan choisi ; à l'équilibre $Q=K$.

Pour des gaz idéaux, les activités sont les pressions partielles rapportées à la pression standard. Une compression isotherme instantanée multiplie toutes les pressions partielles par un même facteur $c$ avant réaction. Le quotient est multiplié par $c^{\Delta\nu}$, où $\Delta\nu$ est la somme des coefficients gazeux produits moins réactifs. La température inchangée conserve $K$.

Pour $N_2+3H_2\rightleftharpoons2NH_3$, $\Delta\nu=2-4=-2$. Partant d'un équilibre, une compression par facteur 2 donne instantanément $Q'=K/4$. Le sens direct est alors favorisé jusqu'à un nouvel équilibre, sous les hypothèses idéales. Cela ne dit pas que la conversion devient totale ni que la vitesse est suffisamment élevée ; le catalyseur éventuel modifie la cinétique mais pas $K$ à température fixée.

Le tableau suit l'état initial, la perturbation avant réaction et la tendance de relaxation. Ne confondez pas cette comparaison instantanée avec la composition du nouvel équilibre, qui demande les bilans et une résolution complète.