Partie 5 : Les systèmes vivants assurent leur activité et maintiennent leur intégrité en utilisant des voies métaboliques variées Sous partie 5-a Notion de système et d’équilibre chimique

I- Notions de système et définitions

SYSTEME OUVERT SYSTEME FERME SYSTEME ISOLE

SYSTEME OUVERT une casserole d’eau bouillante une cellule vivante SYSTEME FERME un radiateur pile électrique SYSTEME ISOLEUne bouteille isotherme un calorimètre

Par convention : Lorsque le système reçoit de la matière ou de l’énergie le signe est positif. Lorsque le système perd de la matière ou de l’énergie le signe est négatif.

II. Une transformation chimique n’est pas toujours totale: notion d’équilibre chimique II-1 Détermination de l’état final d’un système Expérience :Acide éthanoïque pur (V=0.06 mL, d= 1.05) Dans 1L d’eau distillée Equation de la réaction avec l’eau : CH 3 C0 2 H + H 2 0 CH 3 C H 3 0 +

CH 3 C0 2 HH20H20CH 3 C0 2 - H30+H30+ Etat Initial mol excès Etat Final théorique mol excès Etat Final Expérimental mol excès

CH 3 C0 2 HH20H20CH 3 C0 2 - H30+H30+ Etat Initial mol 2, excès00 Etat Final théorique mol 0excès Xmax Etat Final Expérimental mol excès Xfinal On constate que l’état final du système est constitué d’une grande quantité d’acide éthanoïque n’ayant pas réagit. La réaction n’est donc pas totale, elle est limitée. Aucun des réactifs n’a totalement disparu lorsque le système cesse d’évoluer.

II-2 Sens d’évolution d’un système chimique pH= 3,1 pH= 4,0 Expérience : + éthanoate de sodium Solution d’acide éthanoïque pur CH 3 C0 2 H + H 2 0 CH 3 C H On constate qu’on obtient un pH plus élevé après l’ajout d’éthanoate (produit de la réaction). La concentration en ions H + a donc diminué. La réaction a donc eu lieu dans le sens 2 (indirecte): En fait, une réaction non totale (c'est-à-dire limitée) peut s’effectuer dans les deux sens. Il s’agit d’un équilibre chimique :

II-3 Caractérisation de l’état d’équilibre d’un système chimique : quotient de réaction à l’équilibre Un système chimique évolue de son état initial vers un état d’équilibre dans lequel les quantités de matière des espèces n’évoluent plus. On peut déterminer le taux d’avancement final (T f = Xfinal / Xmax). A l’état d’équilibre, les vitesses d’apparition et de disparition sont égales pour chaque espèce chimique. Un état d’équilibre est caractérisé par une grandeur nommée constante d’équilibre ou quotient de réaction à l’équilibre. a A (aq) + b B (aq) c C (aq) + d D (aq)

K = Q r,éq = Q r,f=

Cas de la réaction acide-base AH + H 2 O A - + H 3 O +

II-4- Le taux d’avancement final dans l’état d’équilibre d’un système chimique : II-4-1- Influence de la composition initiale :

C A (mol/L)5, , pH 3,053,55 [ H ] éq mol/L Taux d’avancement T

C A (mol/L)5, , pH3,053,55 [ H ] éq mol/L 8, = 3, nd log2, = 3, nd log Taux d’avancement T1,8 % = 8, / 5, ,6 % = 2, / 2, Plus la solution d’acide est diluée, plus le taux d’avancement à l’équilibre est grand. Le taux d’avancement à l’équilibre dépend donc de l’état initial du système chimique.

II-4-2- Influence de la constante d’équilibre K: a A (aq) + b B (aq) c C (aq) + d D (aq) Si K = 100, cela signifie que = 100 X

II-5- Déplacement de l’état d’équilibre d’un système chimique : Acide carboxilique + alcool ester + eau Prenons l’exemple dune réaction d’estérification. Comment augmenter le rendement de la réaction ? - Si un des réactifs est en excès - En enlevant un des produits au fur et à mesure de la réaction - En ajoutant un catalyseur