Équilibre – Séance 2

Imaginez que vous vous trouvez au bord d’un lac par une journée ensoleillée. On pouvait voir des bulles s’élever des profondeurs de l’eau. Vous êtes-vous déjà demandé ce que sont ces bulles et pourquoi elles se forment ? En fait, le gaz est dissous dans l’eau. Les bulles se forment parce que le système tente d’établir l’équilibre entre les phases gaz-gaz dissous. Mais qu’est-ce que l’équilibre gaz-gaz dissous ? Comprenons ce concept.

Lorsqu'un gaz entre en contact avec un liquide, les interactions se produisent entre les molécules de gaz et les molécules du liquide. Les molécules de gaz ont de l’énergie cinétique et se déplacent de manière aléatoire. Ils entrent en collision avec la surface du liquide. À cause de ces collisions, certaines molécules de gaz sont capturées par les forces d’attraction des molécules liquides. En conséquence, les molécules de gaz sont incorporées dans la phase liquide. Ce processus est connu sous le nom de dissolution de gaz.

Le processus de dissolution d’un gaz dans un liquide est dynamique. Lorsque le liquide et le gaz entrent en contact, davantage de molécules de gaz se dissolvent dans le liquide. Cela est dû au fait que la concentration de molécules de gaz dans la phase gazeuse est plus élevée. À mesure que le gaz se dissout dans le liquide, la concentration de molécules de gaz dans le liquide augmente. Lorsque la concentration de gaz dans le liquide augmente, certaines des molécules de gaz dissoutes s'échappent également dans la phase gazeuse. Ce processus est connu sous le nom d’évaporation.

Au niveau moléculaire, les molécules de gaz continuent de se dissoudre dans le liquide. Dans le même temps, un nombre égal de molécules de gaz continuent de s’échapper du liquide vers la phase gazeuse. Cependant, il n’y a pas de changement global dans les concentrations de gaz dans l’une ou l’autre phase. C’est parce que la vitesse de dissolution des molécules de gaz devient égale à la vitesse de fuite des molécules de gaz. Il en résulte un équilibre dynamique entre les molécules de gaz dissous et les molécules en phase gazeuse. C'est ce qu'on appelle également les équilibres gaz-gaz dissous.

Avez-vous déjà observé l’équilibre entre le gaz dissous et la phase gazeuse dans la vie réelle ? Eh bien, vous l’avez peut-être déjà vécu en ouvrant une bouteille de soda. Lorsque vous ouvrez la bouteille de soda, vous entendez le bruit du gaz qui s'échappe de la bouteille. Cela indique que le gaz est dissous dans les bouteilles de soda. Voyons comment s’établit l’équilibre entre le gaz dissous et la phase gazeuse dans une bouteille de soda.

Dans une bouteille de soda scellée, il y a du gaz carbonique dissous dans le liquide. Au cours du processus de fabrication, le soda subit la carbonatation. La carbonatation signifie qu'il est infusé avec du gaz carbonique sous pression. Ce processus entraîne une concentration plus élevée de dioxyde de carbone dans la phase gazeuse, au-dessus du liquide.

La pression de la carbonatation provoque la dissolution du gaz carbonique dans le liquide. Certaines des molécules de dioxyde de carbone dissoutes s’échappent également dans la phase gazeuse au-dessus du liquide. À un moment donné, le taux de dissolution des molécules de dioxyde de carbone et le taux de fuite des molécules de dioxyde de carbone deviennent égaux. C'est l'état d'équilibre dynamique.

Lorsque vous ouvrez la bouteille de soda, la pression à l’intérieur de la bouteille diminue rapidement. Cela est dû à la libération de gaz carbonique vers le haut de la bouteille. En conséquence, la concentration de dioxyde de carbone dans la phase gazeuse au-dessus du liquide diminue. L’équilibre est également perturbé. Le système tente de rétablir l’équilibre. Le gaz carbonique du liquide s'échappe dans la phase gazeuse. Certaines molécules de dioxyde de carbone du haut de la bouteille se dissolvent à nouveau dans le liquide. Ce processus provoque des pétillements et des bulles. L’équilibre est ainsi rétabli.

Les liquides non miscibles sont des substances qui ne se mélangent pas ou ne se dissolvent pas les unes dans les autres. Lorsque vous combinez deux liquides non miscibles, ils forment des couches séparées avec une limite distincte entre elles. L’huile et l’eau sont des exemples de liquides non miscibles. Lorsque nous mélangeons l’huile et l’eau, elles forment des couches séparées. Une couche est constituée d'huile et l'autre couche est constituée d'eau.

Considérez un système contenant deux liquides non miscibles et un soluté. Ces liquides non miscibles sont le tétrachlorure de carbone et l’eau. Le soluté est l'iode. Lorsque nous mélangeons ces deux liquides non miscibles, ils forment des couches séparées.

Après cela, nous ajoutons l’iode. Au départ, l’iode se dissoudra dans la couche de tétrachlorure de carbone. C'est parce que le tétrachlorure de carbone et l'iode sont tous deux non polaires. C'est pourquoi l'iode est principalement soluble dans le tétrachlorure de carbone. À mesure que la concentration d’iode augmente dans la couche de tétrachlorure de carbone, certaines molécules d’iode commencent à se déplacer dans la couche d’eau. Cela se produit uniquement lorsque la concentration des molécules d’iode est très élevée dans la couche de tétrachlorure de carbone.

À une concentration élevée d’iode, seule une petite quantité de molécules d’iode se dissoudra dans l’eau. C’est parce que l’iode est peu soluble dans l’eau. Certaines molécules d’iode passeront de la couche aqueous à la couche de tertiochlorure de carbone. Certains passeront de la couche de tétrachlorure de carbone à la couche aqueous. À ce stade, l’équilibre dynamique est établi. Cet équilibre est spécifiquement appelé équilibres de solutés liquides immiscibles.

L'équilibre ionique fait référence à une situation dans laquelle les ions d'une solution sont en équilibre dynamique entre la dissociation et la recombinaison. Lorsqu’un composé est dissous dans l’eau, il peut se décomposer en ses ions constitutifs. Cette décomposition d'un composé en ses ions constituants est appelée dissociation. Par exemple, lorsque le chlorure d’hydrogène est dissous dans l’eau, il subit une dissociation. Il se dissocie en ions hydrogène et en ions chlorure.

À mesure que la dissociation se poursuit, certains des ions dissous peuvent se recombiner pour former le composé d’origine. Ce processus est appelé la recombinaison. Les ions hydrogène dissociés et les ions chlorure peuvent se recombiner pour former du chlorure d'hydrogène.

L’ensemble du processus peut être représenté comme une réaction réversible. Dans cette réaction, la dissociation et la recombinaison ont lieu simultanément. L'équilibre ionique est établi lorsque le taux de dissociation du chlorure d'hydrogène devient égal au taux de recombinaison des ions hydrogène et des ions chlorure. L'équilibre ionique est essentiel pour comprendre le comportement des solutions contenant des ions.