Comment comprendre la cinétique chimique ?
La cinétique chimique est l'étude de la vitesse des réactions chimiques.
Une réaction est dite rapide lorsque l'évolution du système est si rapide qu'à nos yeux.
La réaction semble achevée à l'instant où les réactifs entre en contact.Quel est le but de la cinétique chimique ?
Ainsi, la cinétique chimique, qui étudie les vitesses de réaction, a deux buts distincts : mesurer à l'échelle macroscopique le temps nécessaire à la réalisation d'une réaction chimique et obtenir des informations afin de connaître les mécanismes réactionnels à l'échelle microscopique.
Quels sont les 3 principaux facteurs cinétiques ?
Plusieurs facteurs cinétiques peuvent être envisagés comme la température, la pression et la concentration des réactifs.
- La cinétique chimique, également connue sous le nom de cinétique de réaction, est la branche de la chimie physique qui vise à comprendre la vitesse des réactions chimiques .
Elle est différente de la thermodynamique chimique, qui traite de la direction dans laquelle une réaction se produit mais ne dit rien en soi sur sa vitesse.
9 Cinétique chimique
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LES CIRCUITS LOGIQUE LES CIRCUITS LOGIQUES
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3) Identification graphique d"une réaction d"ordre 1 . . . . . . . . . . . . . . . . .1310Chapitre 1.Cinétique chimiqueLorsqu"une transformation chimique a lieu, le passage de l"état initial à l"état final se fait à plusou moins grande vitesse selon la nature de la réaction chimique et les conditions expérimentalesdans lesquelles elle est réalisée.
L"objet de ce chapitre est de définir l"ensemble des grandeurs et loisrelatives à la cinétique d"une réaction chimique, suivant ce plan :1.
1) Facteurs cinétiques et catalyse1.1.1) Transformation lente ou rapideTransformation lente ou rapideUne transformation chimique est diterapides"il n"est pas possible de mesurer à l"aide d"appa-reils l"évolution des quantités de matière entre l"état initial et l"état final.
On dit alors que latransformationestquasi-instantanée.Une transformation chimique est ditelentes"il est possible de mesurer à l"aide d"appareilsl"évolution des quantités de matière entre l"état initial et l"état final.1.1.
2) Facteurs cinétiquesLors d"une transformation chimique, la vitesse d"une réaction va varier selon la fréquence à laquelleles réactifs sont mis en contact les uns des autres.
En effet, plus la probabilité de rencontre entre deuxmolécules de réactifs est grande, plus la réaction se fera rapidement.Facteurs cinétiquesUnfacteur cinétiqueest un paramètre ajustable qui permet de modifier la vitesse de réaction.Les trois principaux facteurs cinétiques à connaître sont :moléculaire.
Elle s"exprime en Kelvin (K) dans le système international, ou bien en degré Celsius (°C).Lorsque l"on augmente la température, on augmente l"agitation des molécules.
On augmente donc laprobabilité de rencontre entre deux molécules réactifs : la réaction chimique est accélérée.Influence de la concentration des réactifs:Lorsque l"on augmente la concentration des réactifs,on diminue l"écart moyen entre deux molécules dans le milieu.
Là encore, si la distance qui sépare deuxréactifs est plus courte, alors leur probabilité de rencontre est plus grande, et la vitesse de réactionaugmente.Poisson Florian Spécialité Physique-Chimie Terminale1.2.Vitesse volumique d"apparition et de disparition d"une espèce111.1.
3) Réaction catalyséeLe troisième facteur cinétique qui permet d"accélérer une transformation chimique est l"utilisation d"uncatalyseur.CatalyseurUncatalyseurest une espèce chimique dont la présence dans le milieu réactionnel permetd"augmenter la vitesse de réaction, mais qui n"apparait pas dans l"équation bilan.
Ce n"est doncni un réactif, ni un produit de la réaction, il permet simplement de faciliter la mise en contactdes réactifs.On dit qu"une réaction estcatalyséelorsqu"un catalyseur est ajouté au milieu réactionnel pour accé-lérer la transformation.
On différencie les catalyseshomogènesouhétérogènes.Catalyse homogène et hétérogèneUne catalyse est ditehomogènelorsque le catalyseur et les réactifs sont dans le même étatphysique (ou dans la même phase pour les liquides).Une catalyse est ditehétérogènesi le catalyseur et les réactifs ne sont pas dans le même étatphysique (ou bien dans deux phases différentes pour les liquides).1.
2) Vitesse volumique d"apparition et de disparition d"une espèceLavitessed"une transformation chimique est la grandeur qui permet de mesurer lesvariations de laconcentrationdes espèces présentes dans le milieu réactionnel.
Or d"un point de vue mathématiques,mesurer les variations d"une grandeur, c"est calculer safonction dérivée.
Graphiquement, la dérivéecorrespond aucoefficient directeur de la tangenteen tout point de la courbe représentative de lafonction.1.2.
1) Vitesse volumique d"apparition d"un produitVitesse volumique d"apparitionLavitesse volumique d"apparitiond"un produitPà l"instanttest définie par :vP(t) =d[P](t)dtvP(t)la vitesse volumique d"apparition du produitP(enmol.L-1.s-1)[P]la concentration molaire en produitP(enmol.L-1)tle temps (ens)ddtla dérivée par rapport au temps1.2.
2) Vitesse volumique moyenne d"apparition d"un produitVitesse volumique moyenne d"apparitionLavitesse volumique moyenne d"apparitiond"un produitPentre les instantst1ett2estdéfinie par :vP=[P](t2)-[P](t1)t2-t1Spécialité Physique-Chimie Terminale Poisson Florian12Chapitre 1.Cinétique chimique1.2.
3) Vitesse volumique de disparition d"un réactifOn peut définir de la même manière la vitesse de disparition d"un réactif, à ceci près que la dérivéed"une fonction décroissante est négative.Vitesse volumique de disparitionLavitesse volumique de disparitiond"un réactifRà l"instanttest définie par :vR(t) =-d[R](t)dt1.
3) Suivi expérimental de la vitesse de réaction et temps de demi-réaction1.3.1) Suivi d"une transformation chimiquePuisque la vitesse est liée à la dérivée par rapport au temps de la concentration des réactifs et desproduits, il convient expérimentalement de mesurer l"évolution de ces concentrations en fonction dutemps.Pour suivre l"évolution des concentrations en fonction du temps, on peut utiliser des méthodes ex-périmentales équivalentes à celles utilisées lors de dosages par étalonnage ou de dosage par titrage :1.3.
2) Temps de demi-réactionFigure 1.1- Détermination graphique du temps de demi-réaction (source : Unisciel).Temps de demi-réactionPour uneréaction totale, letemps de demi-réactionnotét1/2est le temps au bout duquella moitié du réactif limitant a été consommé.
L"avancement de la réaction est donc à cet instantdex?t1/2?=xmax2.Poisson Florian Spécialité Physique-Chimie Terminale1.4.Loi de vitesse d"une réaction d"ordre 113Pour déterminer graphiquementt1/2, il suffit de relever l"abscisse du point de la courbe dont l"ordonnéeest égale à la moitié de la concentration maximale (voir figure1.11.
4) Loi de vitesse d"une réaction d"ordre 1On peut montrer que pour toute réaction chimique, la vitesse de réaction s"exprime de la manièresuivante :v=k×[R1]α1×[R2]α2×( )×[Rn]αnEn fonction du nombre de réactifs et de la puissanceαiassociée à chacun, on définit l"ordre de laréaction.Dans ce cours, on se limite à des réaction suivant une loi d"ordre 1.1.4.
1) Réaction d"ordre 1Réaction d"ordre 1On dit qu"une réaction suit uneloi de vitesse d"ordre 1lorsque la vitesse volumique dedisparition du réactifAest proportionnelle à sa concentration :vA(t) =-d[A](t)dt=k[A](t)klaconstante de vitesse(ens-1)Remarque:L"équation précédente est une équation différentielle homogène d"ordre 1 :d[A]dt=k[A]??d[A]dt+k[A](t) = 01.4.
2) Solution de l"équation différentielleLoi d"évolution d"ordre 1Lorsque la réaction suit une loi de vitesse d"ordre 1, la concentration molaire[A]du réactifAvérifie l"équation différentielle suivante :d[A]dt+k[A](t) = 0La solution de cette équation différentielle est appelée loi d"évolution de la concentration duréactifA:[A](t) = [A]0e-kt1.4.
3) Identification graphique d"une réaction d"ordre 1Pour une réaction d"ordre 1, la concentration du réactifAest donnée par la relation :[A](t) = [A]0e-ktEn passant au logarithme, on obtient ainsi que :ln([A](t)) =ln([A]0)-ktSpécialité Physique-Chimie Terminale Poisson Florian14Chapitre 1.Cinétique chimiqueDétermination graphique d"une réaction d"ordre 1Pour vérifier si une réaction est d"ordre 1, on trace la courbe représentative de la fonctionln([A](t))en fonction du tempst.
Si la courbe obtenue est une droite, alors la réaction estd"ordre 1, sinon elle ne l"est pas.Le coefficient directeur de la droite est-k, et nous donne doncaccès à la constante de vitesse.L"ordonnée à l"origine[A]0la concentration initiale du réactifA.Figure 1.2- Représentation graphique d"une loi d"évolution d"ordre 1.Poisson Florian Spécialité Physique-Chimie Terminale