La cinétique chimique étudie l'évolution temporelle des réactions. On définit la vitesse volumique de disparition d'un réactif A par v = -d[A]/dt. Expérimentalement, on suit la concentration par spectrophotométrie, conductimétrie ou titrage. La vitesse moyenne entre deux instants est v_moy = -Δ[A]/Δt. La vitesse instantanée se lit comme la pente de la tangente à la courbe [A] = f(t).
📖 Définition
Vitesse volumique de disparition : dérivée temporelle de la concentration, affectée d'un signe négatif pour le réactif.
📢 Rappel
La concentration molaire [A] s'exprime en mol·L⁻¹ et le temps t en seconde (s) ou minute (min).
💡 À retenir : La cinétique permet de prévoir la durée d'une réaction et d'optimiser les conditions opératoires.
Complète la phrase
La vitesse volumique de disparition d'un réactif A est définie par v_disp =
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Ordre de réaction
Loi de vitesse et ordre
La loi de vitesse relie la vitesse aux concentrations : v = k [A]^p [B]^q. Les exposants p et q sont les ordres partiels, déterminés expérimentalement. L'ordre global est p+q. La constante de vitesse k dépend de la température. On détermine les ordres par la méthode des vitesses initiales ou par la méthode intégrale en testant des relations linéaires.
📖 Définition
Ordre partiel : exposant de la concentration dans la loi de vitesse, sans lien obligatoire avec le coefficient stœchiométrique.
⭐ À retenir
Pour une réaction d'ordre 1, ln[A] = f(t) est une droite ; pour l'ordre 2, 1/[A] = f(t) est une droite.
💡 À retenir : L'ordre global d'une réaction est la somme des ordres partiels par rapport à chaque réactif.
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Demi-vie
Temps de demi-réaction t₁/₂
Le temps de demi-réaction t₁/₂ est la durée nécessaire pour que la concentration d'un réactif soit divisée par deux. Pour une réaction d'ordre 0, t₁/₂ = [A]₀/(2k) ; pour l'ordre 1, t₁/₂ = ln2/k, indépendant de la concentration initiale ; pour l'ordre 2, t₁/₂ = 1/(k[A]₀). Cette grandeur permet de caractériser la rapidité d'une transformation.
La désintégration radioactive suit une cinétique d'ordre 1 : le temps de demi-vie du carbone 14 est 5730 ans.
💡 À retenir : Pour une réaction d'ordre 1, le temps de demi-réaction est constant quelle que soit la concentration initiale.
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Température et catalyse
Facteurs influençant la vitesse
La vitesse d'une réaction augmente avec la température car la constante k suit la loi d'Arrhenius : k = A exp(-Ea/RT). Une élévation de température accroît la proportion de molécules possédant une énergie supérieure à l'énergie d'activation Ea. Un catalyseur abaisse Ea sans être consommé, offrant un chemin réactionnel alternatif. La concentration des réactifs influence aussi la vitesse selon la loi de vitesse.
📖 Définition
Catalyseur : espèce qui augmente la vitesse d'une réaction sans être consommée, en abaissant l'énergie d'activation.
🔍 Exemple
La décomposition de l'eau oxygénée H₂O₂ est accélérée par les ions fer(II) ou le dioxyde de manganèse MnO₂.
💡 À retenir : Un catalyseur augmente la vitesse en abaissant l'énergie d'activation, sans figurer dans l'équation bilan.