Évolution temporelle d’un système chimique : Modélisation macroscopique

Transformations lentes et rapides

Réactions instantanées

Une réaction est dite instantanée lorsque l'évolution du système s'effectue en une durée inférieure à celle de la persistance rétinienne (0,1 seconde environ).

• Réaction de précipitation du chlorure d'argent-réaction acido-basique (dosage d'un acide par une base, par ex.).

Réactions lentes

Une réaction est dite lente si elle dure de quelques secondes à quelques années.

• Réaction d'oxydoréduction entre le dioxygène de l'air et le fer qui donne de l'oxyde de fer (la rouille).

Facteurs cinétiques

Les facteurs cinétiques sont les paramètres contrôlables susceptibles de modifier la durée d'une transformation. La vitesse de réaction à une date donnée est proportionnelle au coefficient directeur de la tangente à la courbe, donc l'étude des tangentes permet de comparer les vitesses de réaction.

Influence de la température

Plus la température du milieu réactionnel augmente, plus la durée de transformation diminue.

Influence de la concentration

D'une manière générale, plus la concentration des réactifs dans le milieu réactionnel augmente, plus la durée de la transformation est faible.

Les catalyseurs

Un catalyseur est une espèce chimique qui diminue la durée de réaction. Il n'apparait pas dans l'équation de réaction car sa quantité est identique à l'état initial et à l'état final.

Types de catalyse

On distingue 3 types de catalyse :

• Catalyse homogène : le catalyseur et les réactifs forment un mélange homogène   ils se trouvent sous la même forme physique (solide, liquide ou gazeuse).
• Catalyse hétérogène : le catalyseur et les réactifs forment un mélange hétérogène (ils ne se trouvent pas sous la même forme physique). Le catalyseur est alors d'autant plus efficace qu'il est divisé (s'il est solide).
• Catalyse enzymatique : les réactions biochimiques sont catalysés par des macromolécules organiques appelées enzymes.

Temps de demi-réaction

Définition : Le temps de demi-réaction, noté $\rm t_{1/2}$, est la durée au bout de laquelle l'avancement $x$ atteint la moitié de sa valeur finale : $\color{black}{\boxed{x(\mathrm t_{1/2}) = \frac{x_f}{2}}}$. (Dans le cas d'une réaction totale, $x_f = x_{\rm max}$.

Vitesse volumique

La vitesse volumique de disparition d'un réactif s'exprime en $\rm mol.L^{-1}.s^{-1}$.

Vitesse de disparition d'un réactif

$\displaystyle \rm v_{disp}(R)_t = -\frac{d[R]}{dt}$

Vitesse d'apparition d'un produit

$\displaystyle \rm v_{app}(P)_t = \frac{d[P]}{dt}$

On peut déterminer ces vitesses en traçant la tangente à l'instant $\rm t$ à la courbe et en déterminant le coefficient directeur de cette tangente.

Loi de vitesse d'ordre 1

Une réaction est dite d'ordre 1 par rapport à un réactif $\rm A$ si la vitesse volumique de disparition de $\rm A$ est proportionnelle à la concentration en quantité de matière de ce réactif. Soit $\rm v_{disp}(A)_t = k \times [A]_t$

Dans ce cas, la concentration du réactif $\rm A$ au cours du temps obéit à une loi exponentielle de la forme : $\rm [A]_t = [A]_0 \times exp (- k \times t)$

Objectif

Étudier la vitesse d'une réaction chimique et les facteurs qui l'influencent.

Pourquoi c'est important ?

• Permet de contrôler et optimiser des réactions e