⏱️
Vitesse de réactionLa cinétique chimique étudie la vitesse des réactions et les facteurs qui l'influencent. Pour une réaction aA + bB → cC + dD, la vitesse volumique v est définie comme la variation de concentration d'un réactif ou d'un produit par unité de temps. On peut l'exprimer par rapport à la disparition d'un réactif : v = -1/a · d[A]/dt, ou par rapport à l'apparition d'un produit : v = 1/c · d[C]/dt. La vitesse dépend de la concentration des réactifs, de la température et de la présence éventuelle d'un catalyseur. En pratique, on détermine souvent la vitesse initiale v₀ en mesurant la pente de la tangente à l'origine de la courbe [A] = f(t).
📖 Définition
La vitesse volumique de réaction v est la dérivée de l'avancement volumique par rapport au temps : v = dx/dt.
🔍 Exemple
Pour la décomposition du peroxyde d'hydrogène 2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂, la vitesse peut s'écrire v = -1/2 d[H₂O₂]/dt.
💡 À retenir : La vitesse de réaction mesure la rapidité avec laquelle un réactif disparaît ou un produit apparaît.
📈
Loi de vitesseLa loi de vitesse relie la vitesse de réaction aux concentrations des réactifs. Pour une réaction aA + bB → produits, on a souvent v = k[A]^m[B]^n, où k est la constante de vitesse, m l'ordre partiel par rapport à A et n l'ordre partiel par rapport à B. L'ordre global est m + n. Ces ordres ne sont pas nécessairement égaux aux coefficients stœchiométriques ; ils sont déterminés expérimentalement. La constante de vitesse k dépend de la température selon la loi d'Arrhenius. Les unités de k varient avec l'ordre global : pour un ordre 0, k en mol·L⁻¹·s⁻¹ ; pour un ordre 1, k en s⁻¹ ; pour un ordre 2, k en L·mol⁻¹·s⁻¹.
📢 Rappel
La constante de vitesse k ne dépend pas des concentrations, mais augmente avec la température.
⭐ À retenir
Les ordres partiels ne sont pas égaux aux coefficients stœchiométriques, sauf pour une réaction élémentaire.
💡 À retenir : La loi de vitesse s'écrit v = k[A]^m[B]^n, où m et n sont les ordres partiels déterminés expérimentalement.
🧪
Détermination des ordresPour déterminer l'ordre d'une réaction, on utilise souvent la méthode des vitesses initiales : on mesure la vitesse initiale v₀ pour différentes concentrations initiales d'un réactif, les autres étant constantes. On peut aussi suivre l'évolution de la concentration au cours du temps et utiliser les lois intégrées. Pour un ordre 0, [A] = [A]₀ - akt ; pour un ordre 1, ln[A] = ln[A]₀ - akt ; pour un ordre 2, 1/[A] = 1/[A]₀ + akt. Le temps de demi-réaction t₁/₂ est le temps nécessaire pour consommer la moitié du réactif limitant. Pour une réaction d'ordre 1, t₁/₂ = ln2/k est indépendant de la concentration initiale, ce qui est une propriété caractéristique.
💡 À retenir : Pour une réaction d'ordre 1, le temps de demi-vie t₁/₂ = ln2/k est constant.
🔥
Influence de la températureLa constante de vitesse k augmente avec la température selon la loi d'Arrhenius : k = A e^{-Ea/RT}, où A est le facteur pré-exponentiel, Ea l'énergie d'activation (J·mol⁻¹), R la constante des gaz parfaits (8,314 J·mol⁻¹·K⁻¹) et T la température absolue (K). Une élévation de température accroît la fraction de molécules possédant une énergie suffisante pour franchir la barrière d'activation. Un catalyseur abaisse l'énergie d'activation sans être consommé, ce qui augmente la vitesse. La catalyse peut être homogène (même phase) ou hétérogène (phase différente). Les enzymes sont des catalyseurs biologiques très efficaces et spécifiques.
🔍 Exemple
La décomposition de l'eau oxygénée est accélérée par les ions fer(II) (catalyse homogène) ou par le platine (catalyse hétérogène).
💡 À retenir : Un catalyseur diminue l'énergie d'activation Ea, augmentant ainsi la constante de vitesse k et la vitesse de réaction.