Avancement de réaction

L'avancement de réaction[1], initialement introduit par Théophile de Donder sous le nom de « degré d'avancement », permet de caractériser l'état d'avancement d'une réaction entre son état initial (avant réaction) et son état final (après réaction).

Sommaire

Définition

L'avancement de réaction est noté par la lettre grecque ξ (ksi) et est défini par :  \xi =\frac{(n_i-n_{i,0})}{ \nu _i}, où

  •  n_{i,0}~ est la quantité initiale de la substance i~ ;
  • n_{i}~ étant sa quantité dans l'état d'avancement considéré et
  •  \nu _i~ son coefficient stœchiométrique dont le signe est négatif si le constituant i~ est un réactif de départ et positif si c'est un produit de la réaction[2].

L'avancement de réaction s'exprime en moles. Avant la réaction,  \xi = 0 ~.

Sa valeur dépend de la manière d'écrire l'équation stœchiométrique de la réaction (ou équation bilan), il faut donc toujours indiquer cette dernière. Elle est toutefois indépendante de la substance choisie pour la calculer.

Une définition plus générale est donnée par :  \Delta\xi =\frac{\Delta n_i}{\nu _i}. Pour une variation élémentaire, on a :  d \xi =\frac{d n_i}{\nu _i}.

Exemples de calcul

Considérons la réaction d'équation-bilan: 2 H2 + O2 = 2 H2O avec les quantités initiales suivantes : 2 moles de H2, 1 mole de O2 et 0 mole de H2O.

Lorsque 1 mole de H2 aura été consommée, il restera 0,5 mole de O2 et il se sera formé 1 mole de H2O

L'avancement de la réaction peut se calculer indifféremment par rapport à l'une quelconque des substances mises en jeu dans la réaction.

Par rapport à H2 :  \xi = \frac{1 - 2}{-2} = 0,5 mol

Par rapport à O2 :  \xi = \frac{0,5 - 1}{-1} = 0,5 mol

Par rapport à H2O :  \xi = \frac{1 - 0}{2} = 0,5 mol

Par contre, si on avait écrit : H2 + 1/2O2 = H2O et avec les mêmes quantités initiales et transformées on aurait :

Par rapport à H2 :  \xi = \frac{1 - 2}{-1} = 1 mol

Par rapport à O2 :  \xi = \frac{0,5 - 1}{-1/2} = 1 mol

Par rapport à H2O :  \xi = \frac{1 - 0}{1} = 1 mol

Ce qui illustre que, pour des mêmes quantités initiales et transformées, la valeur de l'avancement de réaction dépend de la manière d'écrire l'équation bilan.

Notes et références

  1. IUPAC. Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry - the Green Book - Second Edition, Blackwell Sciences, (1993) page 43
  2. Remarque : dans l'équation bilan, les coefficients stœchiométriques sont écrits sans leur signe (voir exemples de calcul ci-dessus).

Voir aussi


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