Description d'un système et évolution vers l'état final

Un système physico-chimique est constitué d'espèces chimiques. Sa composition se décrit par :

• la quantité de matière $n$ (en $\mathrm{mol}$) ;
• la concentration $c=\frac{n}{V}$ (en $\mathrm{mol}/\mathrm{L}$) ;
• la fraction molaire $x_i=\frac{n_i}{n_{\text{tot}}}$ ($\sum x_i=1$) ;
• la pression partielle (gaz) $P_i=x_{i}P$ ($\sum P_i=P$).

Concentration, fraction molaire, pression et température sont intensives ; quantité de matière, volume, masse sont extensives.

Une transformation est modélisée par une équation de réaction (ex. $\mathrm{N}{}_2+3\mathrm{H}{}_2\rightleftharpoons 2\mathrm{NH}{}_3$). L'avancement $\xi$ (en $\mathrm{mol}$) repère l'évolution : pour chaque espèce de coefficient stœchiométrique algébrique ${\nu }_i$ (négatif pour un réactif, positif pour un produit),

$$n_i(t)=n_i(0)+{\nu }_i\xi .$$

On organise les calculs dans un tableau d'avancement.

L'activité $a_i$ d'une espèce (sans dimension) vaut :

• soluté dilué : $a_i=\frac{\left[{\mathrm{A}}_{\mathrm{i}}\right]}{c^{\circ }}$ avec $c^{\circ }=1\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ ;
• gaz parfait : $a_i=\frac{P_i}{P^{\circ }}$ avec $P^{\circ }=1\mathrm{bar}$ ;
• solvant, solide ou liquide pur : $a_i=1$.

Le quotient réactionnel est

$$Q_r=\prod _i{a}_i^{{\nu }_i}=\frac{\text{activiteˊs des produits}}{\text{activiteˊs des reˊactifs}}(\text{eˊleveˊes aux coefficients stœchiomeˊtriques}).$$