Suivi temporel d’une réaction chimique, fiche de révision

Suivi temporel d’une réaction chimique : modèle macroscopique

Réaction rapide ou lente

Une réaction est rapide si l’évolution du système chimique s’effectue en une durée trop courte pour être suivie « à l’œil nu » ou avec un appareil de mesure classique.
Dès que les réactifs sont mis en contact, la formation des produits nous semble instantanée et la réaction paraît terminée.
Une réaction est lente si l’évolution du système chimique peut être suivie « à l’œil nu » ou avec un appareil de mesure classique pendant un certain temps.
Les produits apparaissent progressivement pendant une durée qui peut aller de quelques secondes à plusieurs heures.

Un facteur cinétique est un paramètre qui modifie la durée d’évolution de la réaction.
Il existe de nombreux facteurs cinétiques, mais voici les deux principaux à connaître :
la température : son augmentation dans le milieu réactionnel accélère la réaction chimique et inversement ;
la concentration des réactifs : l’augmentation des concentrations des réactifs accélère la réaction chimique.

Un catalyseur est une espèce chimique qui accélère une réaction chimique, mais qui n’apparaît pas dans l’équation de la réaction. Il ne modifie pas le sens d’évolution d’un système et ne modifie pas la composition finale du système.
Un catalyseur est spécifique d’un type de réaction et peut également être sélectif.
La catalyse homogène
Le catalyseur et les réactifs forment un mélange homogène. C’est le cas lorsque le catalyseur et les réactifs sont gazeux ou lorsqu’ils sont en solution (une seule phase liquide).
La catalyse hétérogène
Le catalyseur et les réactifs forment un mélange hétérogène. C’est le cas lorsque le catalyseur est solide et les réactifs gazeux ou en solution aqueuse.
La catalyse enzymatique
Le catalyseur est une enzyme (protéine), essentiellement dans des réactions biochimiques.

	Vitesse instantanée	Vitesse volumique instantanée
Formation d’un produit	$$V(P)=\frac{dn(P)}{dt}$$	$$v_P=\dfrac{d\left[P\right]}{dt}$$
Disparition d’un réactif	$$V\left(R\right)=-\frac{dn\left(R\right)}{dt}$$	$$v_R=-\dfrac{d\left[R\right]}{dt}$$
Unité	$\text{mol}\cdot\text{s}^{-1}$	$\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}$

Pour des réactions qui s’effectuent à volume constant, on préfère utiliser les concentrations plutôt que les quantités de matière.
Méthode graphique pour déterminer $v_P$ :
on trace la tangente à la courbe $[P] = f(t)$ à un instant $t$ donné ;
on détermine la pente de la tangente à la courbe $[P] = f(t)$ à l’instant $t$ afin d’obtenir la vitesse volumique de formation du produit $P$ à l’instant $t$ :
$v_P=Pente$.
Méthode graphique pour déterminer $v_R$ :
on trace la tangente à la courbe $[R] = f(t)$ à un instant $t$ donné ;
on détermine la pente de la tangente à la courbe $[R] = f(t)$ à l’instant $t$ afin d’obtenir la vitesse volumique de disparition du réactif $R$ à l’instant $t$ :
$v_R=-Pente$.
Le temps de demi-réaction $t_{1/2}$ correspond à la durée au bout de laquelle l’avancement $x$ de la réaction est égal à la moitié de l’avancement final $x_f$.
Lorsque la réaction est totale, $x_f = x_{\text{max}}$.
Ainsi, à $t = t_{1/2}$, nous avons $x= \dfrac{x_{\text{max}}}{2}$.
Méthode graphique pour déterminer $t_{1/2}$ :
on détermine $x_{\text{max}}$, puis $\dfrac{x_{\text{max}}}{2}$ ;
on reporte sur la courbe $x = f(t)$ le point d’ordonnée $\dfrac{x_{\text{max}}}{2}$ et on détermine le temps de demi-réaction $t_{1/2}$ sur l’axe des abscisses.

Réaction d’équation : $A\longrightarrow B$.
Si cette réaction est d’ordre 1 par rapport au réactif $A$, la loi de vitesse de cette réaction s’écrit : $$v=k[A]$$
La réaction d’équation $A\longrightarrow B$ suit une loi de vitesse d’ordre 1, si sa vitesse de disparition évolue de façon proportionnelle à sa concentration.
Pour vérifier que la réaction d’équation $A\longrightarrow B$ suit une loi de vitesse d’ordre 1, il faut tracer la fonction : $ln\left[A\right]=f\left(t\right)$.
Si la réaction est d’ordre 1, on doit obtenir une droite de pente $-k$.