Facteurs Influencant la Vitesse de Réaction

La vitesse volumique de réaction est définie comme la variation de l'avancement de la réaction par unité de temps et par unité de volume.

Où :

• v est la vitesse volumique (en mol·L⁻¹·s⁻¹)
• V est le volume du milieu réactionnel (en L)
• x est l'avancement (en mol)
• t est le temps (en s)

La vitesse peut aussi s'exprimer en fonction de la concentration d'un réactif ou d'un produit :

Pour la réaction : aA + bB → cC + dD

Le signe négatif devant d[A]/dt indique que la concentration d'un réactif diminue au cours du temps.

• Vitesse volumique : mol·L⁻¹·s⁻¹ ou mol·m⁻³·s⁻¹
• Vitesse d'avancement : mol·s⁻¹
• Parfois exprimée en mol·L⁻¹·min⁻¹ ou mol·L⁻¹·h⁻¹

En général, une augmentation de température accélère la réaction chimique.

À température plus élevée, les molécules ont plus d'énergie cinétique.

Elles se déplacent plus vite et se heurtent plus fréquemment.

Plus de collisions sont efficaces (énergétiquement suffisantes).

Où :

• k est la constante de vitesse
• A est le facteur préexponentiel
• E_a est l'énergie d'activation (en J·mol⁻¹)
• R est la constante des gaz parfaits (8,314 J·mol⁻¹·K⁻¹)
• T est la température absolue (en K)

En première approximation, une augmentation de 10°C double environ la vitesse de réaction.

Cette règle est valable pour les réactions à température modérée.

Elle permet de comprendre l'effet important de la température.

La vitesse d'une réaction dépend des concentrations des réactifs selon la loi de vitesse :

Où :

• k est la constante de vitesse (dépend de la température)
• α et β sont les ordres partiels (déterminés expérimentalement)
• α + β est l'ordre global de la réaction

Plus la concentration d'un réactif est élevée, plus la vitesse de réaction est grande.

Plus il y a de molécules réactives dans le volume, plus les collisions sont fréquentes.

Les réactions d'ordre supérieur sont plus sensibles aux variations de concentration.

• La corrosion est plus rapide dans une solution concentrée
• La digestion est plus rapide à concentration enzymatique élevée
• Les réactions acido-basiques sont plus rapides à pH extrême

La vitesse de réaction dépend de la surface de contact entre les phases.

Plus la surface de contact est grande, plus la réaction est rapide.

Exemples : réaction d'un métal avec un acide, combustion d'un solide.

• Un solide pulvérisé réagit plus vite qu'un gros morceau
• Une solution est plus réactive qu'un solide
• Un gaz est plus réactif qu'un solide

• Le charbon broyé brûle plus vite que des morceaux de charbon
• Le sucre en poudre se dissout plus vite que des morceaux
• Les catalyseurs sont souvent très divisés

Un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique sans être consommée.

Il modifie le mécanisme réactionnel en abaissant l'énergie d'activation.

Il ne modifie pas l'état d'équilibre de la réaction.

• Catalyse homogène : catalyseur dans la même phase que les réactifs
• Catalyse hétérogène : catalyseur dans une phase différente
• Catalyse enzymatique : catalyse biologique

Un catalyseur fournit un chemin réactionnel alternatif avec une énergie d'activation plus faible.

Plus d'entités réagissent avec suffisamment d'énergie.

La vitesse de réaction est donc augmentée.

Données : k₁ = 0,01 s⁻¹ à 25°C, k₂ = 0,04 s⁻¹ à 35°C

Facteur d'accélération = k₂/k₁ = 0,04/0,01 = 4

La réaction est 4 fois plus rapide à 35°C qu'à 25°C.

Pour une réaction d'ordre 1 : v = k[A]

Donc : v₁ = k[A]₁ et v₂ = k[A]₂

On a : v₂/v₁ = [A]₂/[A]₁

Donc : v₂ = v₁ × ([A]₂/[A]₁) = 0,02 × (0,30/0,10) = 0,02 × 3 = 0,06 mol·L⁻¹·s⁻¹

La vitesse est de 0,06 mol·L⁻¹·s⁻¹.

Le zinc en poudre réagit plus vite que le zinc en plaques.

La surface de contact entre le zinc et l'acide est plus grande avec le zinc en poudre.

Plus il y a de sites de réaction disponibles, plus la vitesse est élevée.

Les réactions catalysées ont une vitesse plus élevée car :

• Le catalyseur abaisse l'énergie d'activation E_a
• Plus d'entités réagissent avec suffisamment d'énergie
• Le facteur e^(-E_a/RT) dans la loi d'Arrhenius devient plus grand
• La constante de vitesse k augmente

• La cuisson est plus rapide à haute température
• Le sucre se dissout plus vite dans de l'eau chaude
• Le sel fin dissout plus vite que le gros sel
• Le pain cuit plus vite avec de la levure (catalyseur biologique)

• Utilisation de catalyseurs pour accélérer les réactions
• Augmentation de température pour augmenter la vitesse
• Augmentation de pression pour certaines réactions gazeuses
• Agitation pour augmenter le contact entre phases

• Les enzymes sont des catalyseurs biologiques
• La température corporelle est optimale pour les réactions enzymatiques
• Les concentrations en substrat influencent la vitesse enzymatique
• Les inhibiteurs peuvent diminuer la vitesse des réactions

• Température : plus T est élevée, plus la vitesse est grande
• Concentration : plus [réactifs] est élevée, plus la vitesse est grande
• Surface de contact : plus la surface est grande, plus la vitesse est grande
• Catalyseurs : abaissent E_a et augmentent la vitesse

• Vitesse volumique : v = (1/V)(dx/dt)
• Loi d'Arrhenius : k = A·e^(-E_a/RT)
• Loi de vitesse : v = k[A]^α[B]^β
• Effet température : T↑ ⇒ v↑

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