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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 = xmax (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 :

nt (H2)  = 1,5 - 2x  [à l'instant t, 2x moles de dihydrogène ont été consommées].
nt (O2)  =  5 - x [à l'instant t, x moles de dioxygène ont été consommées].
nt (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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