Definition de la vitesse de reaction
La vitesse de reaction mesure la rapidite avec laquelle les reactifs sont consommes ou les produits sont formes. Elle s'exprime en mol·L⁻¹·s⁻¹.
Pour la reaction aA + bB → cC + dD, la vitesse est definie par la variation de concentration d'un reactif (signe -) ou d'un produit par rapport au temps, divisee par le coefficient stoechiometrique.
Temps de demi-reaction t½ : duree au bout de laquelle l'avancement atteint la moitie de sa valeur finale. Il permet de quantifier la "rapidite" d'une reaction de maniere simple.
Les 4 facteurs cinetiques
1. Temperature
Augmenter la temperature accelere la reaction. En general, une hausse de 10 °C multiplie la vitesse par 2 a 3. L'agitation thermique augmente l'energie cinetique des molecules et la frequence des chocs efficaces.
2. Concentration des reactifs
Plus la concentration est elevee, plus les molecules sont proches, plus les chocs sont frequents. La vitesse augmente avec la concentration.
3. Catalyseur
Un catalyseur accelere la reaction sans etre consomme. Il abaisse l'energie d'activation en proposant un chemin reactionnel alternatif.
4. Etat de division (surface de contact)
Pour les reactifs solides, plus la surface de contact est grande, plus la reaction est rapide. Un solide en poudre reagit plus vite qu'un bloc compact.
Loi de vitesse et ordre de reaction
Pour de nombreuses reactions, la vitesse s'exprime sous la forme d'une loi de vitesse :
k : constante de vitesse (depend de la temperature selon la loi d'Arrhenius : k = A·e⁻ᵉᵃ⁗ᴘᵀ).
m et n : ordres partiels par rapport a A et B. L'ordre global est m + n. Ces ordres sont determines experimentalement, pas a partir des coefficients stoechiometriques.
| Ordre | Loi de vitesse | t½ |
|---|---|---|
| 0 | v = k | [A]₀/(2k) |
| 1 | v = k[A] | ln(2)/k |
| 2 | v = k[A]² | 1/(k[A]₀) |
Pour l'ordre 1, le temps de demi-reaction est independant de la concentration initiale. C'est le meme principe que la decroissance radioactive.
Applications
Conservation des aliments
Le froid ralentit les reactions de degradation des aliments. Refrigeration (4 °C) et congelation (-18 °C) exploitent directement le facteur temperature.
Pharmacologie
La vitesse d'elimination d'un medicament dans l'organisme suit souvent une cinetique d'ordre 1. Le t½ determine la posologie et la frequence des prises.
Industrie chimique
Optimiser la vitesse de reaction permet d'augmenter le rendement des usines chimiques. Temperature, pression et catalyseurs sont ajustes.
Datation au carbone 14
La desintegration du ¹⁴C suit une cinetique d'ordre 1 avec t½ = 5730 ans. On date les echantillons en mesurant le ¹⁴C restant.
Ce qu'il faut retenir
- 1. La vitesse de reaction mesure la rapidite de consommation des reactifs ou formation des produits.
- 2. Les 4 facteurs cinetiques : temperature, concentration, catalyseur, surface.
- 3. v = k·[A]ᵐ·[B]ᵑ avec k dependant de T (loi d'Arrhenius).
- 4. Le t½ (temps de demi-reaction) quantifie la rapidite d'une reaction.
- 5. Pour l'ordre 1, t½ = ln(2)/k, independant de la concentration initiale.
