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L'avancement d'une réaction chimique

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Objectif

L'étude d'une réaction chimique passe par l'établissement d'une équation chimique. Comment peut-on exploiter une telle équation pour calculer à tout instant les quantités de matière de chaque réactif qui disparaît ? Et les quantités de matière de chaque produit qui apparaît ?

1. Lecture de l'équation en terme de bilan de matière

Si je considère la formation d'eau à partir de la réaction entre le dihydrogène et le dioxygène, je sais que :

Cette équation signifie que lorsque 2 moles de dihydrogène réagissent avec 1 mole de dioxygène, 2 moles d'eau apparaissent.

Il est cependant plus explicite de coefficienter ce bilan en introduisant une inconnue x, soit : lorsque 2x moles de dihydrogène réagissent avec x moles de dioxygène, il apparaît 2x moles d'eau.
Cette formulation permet de décrire la composition du système à tout instant.

2. Avancement

Dans la formulation précédente, x sera appelé avancement de la réaction : x varie au cours de la réaction chimique. Comme on peut le constater, l'unité de l'avancement est la mole (ce qui implique de faire un bilan de matière en moles également).

Dans l'état initial, l'avancement est nul donc : x = 0 mol (la réaction n'a pas commencé) ;
En cours de réaction, l'avancement x augmente de plus en plus. En effet, plus la réaction « avance », plus on consomme de réactif et plus on fabrique de produit.
Dans l'état final, l'avancement est maximal : x = x_max (la réaction n'avance plus).

3. Amorce d'un bilan de matière avec l'avancement

Considérons la réaction de synthèse de l'eau décrite par :
.
On prend dans l'état initial 1,5 mole de dihydrogène et 5 moles de dioxygène.

D'après ce qui précède, je peux calculer, à tout instant t, la quantité de matière de chaque réactif qui reste et la quantité de matière de chaque produit qui apparaît :

n_t (H₂) = 1,5 - 2x [à l'instant t, 2x moles de dihydrogène ont été consommées].
n_t (O₂) = 5 - x [à l'instant t, x moles de dioxygène ont été consommées].
n_t (H₂O) = + 2x [à l'instant t, 2x moles d'eau sont apparues].

L'essentiel

L'avancement d'une réaction chimique permet de décrire l'évolution d'un système chimique en terme de quantité de matière.

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