Spé. Physique-Chimie · Terminale · cours rédigé et vérifié par Claryo, conforme au Bulletin officiel
Pour prévoir l'évolution d'un système chimique, on utilise le quotient de réaction Q_r et la constante d'équilibre K. Le quotient de réaction est une grandeur sans dimension calculée à partir des concentrations (ou pressions) des espèces, à un instant donné. À l'équilibre, le quotient prend une valeur particulière qui ne dépend que de la température : c'est la constante d'équilibre K, telle que Q_{r,\text{éq}} = K.
Le critère d'évolution spontanée compare le quotient initial Q_{r,i} à K. Si Q_{r,i} < K, le système évolue dans le sens direct (formation des produits) ; si Q_{r,i} > K, il évolue dans le sens indirect (formation des réactifs) ; si Q_{r,i} = K, le système est déjà à l'équilibre. Dans tous les cas, l'évolution rapproche Q_r de K.
Pour les réactions d'oxydoréduction, on dispose d'une règle pratique de prévision : la règle du gamma. On classe les couples oxydant-réducteur du plus oxydant au moins oxydant. L'oxydant le plus fort réagit spontanément avec le réducteur le plus fort, ce qui dessine la lettre gamma.
On écrit l'équation de la réaction, on exprime Q_r en omettant solvant et solides, on calcule Q_{r,i} avec les concentrations initiales, puis on le compare à K pour conclure sur le sens d'évolution. Pour une réaction rédox dont on ignore K, on peut prévoir le sens spontané avec la règle du gamma à partir du classement des couples.
Ne pas oublier les exposants stœchiométriques dans Q_r. Ne jamais faire figurer l'eau solvant ni un solide pur dans le quotient. Bien distinguer Q_r (à un instant quelconque) de K (valeur particulière à l'équilibre). Un grand K signifie transformation quasi totale, pas instantanée : c'est une information thermodynamique, pas cinétique.
Sépare toujours le raisonnement thermodynamique (sens et état final, via Q_r et K) du raisonnement cinétique (durée, via les facteurs cinétiques). Pour une cellule rédox, pense à la règle du gamma pour vérifier rapidement ta prévision. Vérifie qu'à l'état final ton Q_r calculé vaut bien K, signe de cohérence.