VITESSES ET MÉCANISMES DES RÉACTIONS CHIMIQUES 2. La cinétique chimique VITESSES ET MÉCANISMES DES RÉACTIONS CHIMIQUES

2.1. Un aperçu de la cinétique Livre p 66 2.1. Un aperçu de la cinétique Exemples de réactions Décomposition d’une canette à l’air libre Formation de la rouille Réaction H2 + O2 Décomposition 2 CO + 2 NO  CO2 + N2 Cinétique chimique : étude des vitesses des réactions, des facteurs qui influent sur celles-ci, et de la séquence des évènements moléculaires. But: mesurer, prédire et contrôler les vitesses de réaction

Laboratoire: étude de la dégradation des protéines

Les rôles des sécrétions de l’estomac Le suc gastrique: permettre la digestion acide de certains aliments et protéger l’estomac de certains micro-organismes Le mucus : protéger l’estomac de l’acidité gastrique

Évolution post-prandiale du pH gastrique chez l’homme 7 6 5 4 3 2 1 20 40 60 80 Time (min) Dressman, Pharma. Res., 1986, 3,123-131

Structure de la muqueuse gastrique Épithélium muqueux formant des Cryptes gastriques Les cryptes couvrent 50% de la surface invaginations au fond desquelles s’ouvrent des glandes sécrétrices Distance entre 2 cryptes = 0.1 mm

Cellules Cellules à mucus: produisent un mucus Cellules pariétales : Sécrètent du HCl Cellules principales: Produisent le pepsinogène qui est la forme inactive de la pepsine. Cellules endocrines: Libèrent des hormones Cellules souches: Pour le renouvellement de tous les autres types de cellules

Sécrétion de l’HCl

Pepsine(s) La plus importante des enzymes protéolytique Sécrétée sous la forme d’une pro-enzyme inactive nommée pepsinogène Activée uniquement à pH acide (pH<3)

La conversion du pepsinogène en pepsine pH = 3.0 – 5.0 Pepsinogène Pepsine Réaction lente pH < 3.0 Pepsinogène Pepsine Réaction rapide

Action de la pepsine Pepsine a un pH optimal de 1.5 to 3.5 inactivée dans le duodénum car mélangée avec le suc pancréatique alcalin (pH 8)

Conclusion: Facteurs qui influencent la vitesse de réaction : La nature des réactifs La surface de contact; la vitesse d’une réaction augmente avec l’étendue de la surface de contact (particules fines). Expériences avec Al + I2 La concentration des réactifs; la vitesse augmente généralement en fonction de la concentration des réactifs. http://www.youtube.com/watch?v=SAoubleKq7c&feature=related La température; la vitesse d’une réaction augmente habituellement avec l’élévation de la température. http://www.youtube.com/watch?v=fzusa2Q_638 La catalyse; l’utilisation de catalyseurs et courante pour augmenter la vitesse d’une réaction (enzymes, support métallique, etc.).

2.2. Vitesse des réactions Production de miel par les abeilles Livre p 67 Production de miel par les abeilles http://apiculture-populaire.com/miel.html

Impact de la Température et du pH sur l’action de l’invertase R.Bergamasco, CHARACTERIZATION OF FREE AND IMMOBILIZED INVERTASE REGARDING ACTIVITY AND ENERGY OF ACTIVATION, http://www.scielo.br

Mécanisme d’action de l’invertase http://www.gmo-safety.eu/article/358.plants-without-pollen.html

La vitesse générale d’une réaction: vitesse de disparition d’un réactif ou vitesse de formation d’un produit divisée par le coefficient stœchiométrique de ce réactif ou produit Livre p 68

Vitesse générale d’une réaction Livre p 68

1.3. Mesure des vitesses de réaction Quelles mesures peut-on faire pour récolter les données pour calculer la vitesse de la réaction? Méthodes chimique par dosage d’un prélèvement Stopper la réaction en refroidissant ou en diluant Méthode physique avec mesure in situ masse Pression Conductimétrie Potentiométrie pH-métrie Spectrophotométrie

Laboratoire: étude cinétique d’une réaction

1.7. Les théories de la cinétique chimique Pour qu’une réaction chimique ait lieu, il faut: Des collisions entre réactifs Une énergie suffisante fournie par la collision (Ea) Une bonne orientation des molécules Collision efficace ! Ea: énergie d’activation: énergie cinétique minimale des molécules lors de la collision entre pour que la réaction chimique ait lieu Livre p 89

a) La théorie des collisions Un chimiste suédois, Svante Arrhenius, étend le modèle des collisions pour inclure la possibilité que les collisions n’entraînent pas toutes la formation de produits. Les molécules doivent posséder, au moment de la collision, une énergie suffisante pour provoquer un réarrangement des liaisons chimiques. Introduction de l’énergie d’activation (Ea), qui est l’énergie minimale requise pour qu’une réactions ait lieu à la suite d’une collision. Si l’énergie lors de la collision est inférieure à l’énergie d’activation, les molécules ne font que rebondir.

CO(g) + NO2(g ) → CO2(g) + NO(g) Modèle explicatif … Les molécules doivent entrer en collision avec une énergie suffisante et dans la bonne orientation Exemple de réaction en phase gazeuse: dioxyde d’azote et le monoxyde de carbone (pots catalytiques) : CO(g) + NO2(g ) → CO2(g) + NO(g) Influence de la concentration: Si [NO2] double, la fréquence de collisions entre NO2 et CO double aussi. Donc, la fréquence des collisions a [CO][NO2]. Influence de la température Si la température augmente, les molécules se déplacent plus rapidement. Ceci augmente la fréquence des collisions entre les molécules.

b) La théorie de l’état de transition Profil de réaction: graphe montrant l’évolution de l’énergie potentielle en fonction de la progression de la réaction Livre p 91

Le complexe activé Les réactifs ont à passer une barrière énergétique pour que la réaction se produise. Energie des produits inférieure à celle des réactifs  réaction exothermique. Ea est la différence entre l’énergie des réactifs et le sommet de la barrière énergétique. L’arrangement des molécules au sommet de la barrière est nommé complexe activé. C’est un état de transition, instable et de durée de vie très courte.

1.8. L’influence de la température sur les vitesses de réaction Figure 2.10. Distribution des énergies cinétiques en fonction des molécules En quoi l’augmentation de température augmente-elle la vitesse de réaction? Livre p 90-93

Thermo-dynamique Cinétique Vitesse des réactions: prévoir la vitesse de la réaction Thermo-dynamique Spontanéité: prévoir si un processus a lieu