Avancement d'une réaction : Grandeur notée x, exprimée en mol, qui permet de suivre l'évolution de la transformation chimique. Il quantifie la quantité de réactifs transformés en produits.
- Écrire l'équation de la réaction
- Établir le tableau d'avancement
- Identifier les quantités initiales
- Exprimer les quantités à un instant t en fonction de x
- Utiliser les données expérimentales pour déterminer x
\(A + 2B \rightarrow 3C\)
| Équation | A | B | C |
|---|---|---|---|
| État initial | n_A₀ | n_B₀ | 0 |
| Pendant réaction | n_A₀ - x | n_B₀ - 2x | 3x |
À un instant t, n_A = 0.4 mol
Si n_A₀ = 1.0 mol, alors : n_A = n_A₀ - x
0.4 = 1.0 - x
x = 1.0 - 0.4 = 0.6 mol
L'avancement de la réaction est de 0.6 mol à l'instant considéré.
• Stoechiométrie : Tenir compte des coefficients stoechiométriques dans le tableau
• Conservation de la matière : La quantité de chaque élément se conserve
• Calcul : Utiliser les relations du tableau d'avancement
Vitesse de réaction : Dérivée de l'avancement par rapport au temps. \(v = \frac{dx}{dt}\). Elle s'exprime en mol·s⁻¹ ou mol·min⁻¹.
La vitesse moyenne entre deux instants est : \(v_m = \frac{\Delta x}{\Delta t}\)
\(\Delta x = x_2 - x_1 = 0.3 - 0.2 = 0.1 mol\)
\(\Delta t = t_2 - t_1 = 20 - 10 = 10 s\)
\(v_m = \frac{0.1}{10} = 0.01 mol·s^{-1}\)
La réaction transforme 0.01 mol de réactifs par seconde en moyenne sur cet intervalle
La vitesse moyenne de la réaction est de 0.01 mol·s⁻¹ entre 10 et 20 secondes.
• Définition : La vitesse est la dérivée de l'avancement par rapport au temps
• Calcul : Utiliser la variation d'avancement sur un intervalle de temps
• Unités : Vérifier la cohérence des unités dans le calcul
Temps de demi-réaction : Durée nécessaire pour que l'avancement atteigne la moitié de sa valeur finale. \(t_{1/2}\) tel que \(x(t_{1/2}) = \frac{x_{max}}{2}\)
\(\frac{x_{max}}{2} = \frac{0.8}{2} = 0.4 mol\)
On cherche à quel instant x = 0.4 mol
Supposons que cela se produise à t = 15 min
Le temps de demi-réaction est \(t_{1/2} = 15 min\)
La moitié de la réaction est achevée après 15 minutes
Le temps de demi-réaction est de 15 minutes.
• Définition : Le temps de demi-réaction est atteint quand x = x_max/2
• Lecture graphique : Sur un graphe x = f(t), trouver l'abscisse pour x = x_max/2
• Interprétation : Indicateur de la rapidité d'une réaction
Facteur cinétique : La température influence la vitesse de réaction en augmentant l'énergie cinétique des molécules, favorisant les collisions efficaces.
À T₁ = 20°C, t₁/₂ = 25 min
À T₂ = 30°C, t₁/₂ = 12 min
Quand la température augmente de 10°C, le temps de demi-réaction diminue
La vitesse de réaction est inversement proportionnelle au temps de demi-réaction
\(\frac{v_{T_2}}{v_{T_1}} = \frac{t_{1/2,T_1}}{t_{1/2,T_2}} = \frac{25}{12} \approx 2.1\)
Augmenter la température de 10°C environ double la vitesse de réaction
La vitesse de réaction est environ multipliée par 2.1 lorsque la température augmente de 10°C.
• Effet de température : Augmentation de la température → augmentation de la vitesse
• Loi de Van't Hoff : Pour une augmentation de 10°C, la vitesse est multipliée par 2 à 4
• Énergie d'activation : Plus la température est élevée, plus les molécules ont l'énergie nécessaire
Facteurs cinétiques : Paramètres qui influencent la vitesse de réaction : température, concentration, surface de contact, catalyseur.
Seule la concentration varie entre les deux expériences
[A] double de 0.1 M à 0.2 M
v₁ = 0.005 mol·s⁻¹ pour [A] = 0.1 M
v₂ = 0.02 mol·s⁻¹ pour [A] = 0.2 M
\(\frac{v_2}{v_1} = \frac{0.02}{0.005} = 4\)
Si \(v = k[A]^n\), alors \(\frac{v_2}{v_1} = \left(\frac{[A]_2}{[A]_1}\right)^n\)
\(4 = \left(\frac{0.2}{0.1}\right)^n = 2^n\)
Donc n = 2 (ordre 2 par rapport à A)
La réaction est d'ordre 2 par rapport au réactif A. La vitesse est quadruplée quand la concentration est doublée.
• Loi de vitesse : \(v = k[A]^n[B]^m...\) où n et m sont les ordres partiels
• Détermination expérimentale : Varier un seul facteur à la fois
• Ordre de réaction : Indique comment la vitesse dépend de la concentration
- Équation bilan : Écrire la réaction chimique équilibrée
- Tableau d'avancement : Suivre l'évolution des quantités de matière
- Données expérimentales : Collecter les valeurs de x en fonction du temps
- Calcul de la vitesse : Utiliser la dérivée dx/dt ou la méthode graphique
- Analyse des facteurs : Étudier l'effet des paramètres expérimentaux
- Modèle cinétique : Proposer une loi de vitesse
- Loi de vitesse : \(v = k[A]^n[B]^m\) où k est la constante de vitesse
- Ordre de réaction : Somme des exposants (n+m) dans la loi de vitesse
- Effet de température : Loi d'Arrhenius : \(k = A e^{-E_a/RT}\)
- Temps de demi-réaction : Caractérise la rapidité de la réaction
- Catalyse : Accélère la réaction sans être consommé
