Thème 2 : Lois et modèles

LM 13 Temps et évolution chimique. Cinétique et catalyse

I) La vitesse d'une réaction http://scphysiques.free.fr/TS/chimieTS/vitesse.swf A) Les réactions lentes et les réactions rapides Réaction lente Une réaction sera considérée lente si l'évolution temporelle d'un paramètre physico-chimique (comme la couleur, l'acidité, etc) de ce système peut s'apprécier à l'œil nu ou à l'aide d'un appareil de mesure.

𝐻2𝑂2(𝑎𝑞)+2𝐼−(𝑎𝑞)+2𝐻+(𝑎𝑞)→𝐼2(𝑎𝑞)+2𝐻2𝑂(𝑙) Par exemple: Réaction des ions iodure avec l'eau oxygénée (peroxyde d'hydrogène). L'apparition du diiode est progressive comme en témoigne la coloration progressive de la solution.

La décomposition d'un explosif: Les réactions de précipitations : Transformation rapide On dit qu'une transformation est rapide si elle se fait en une durée trop courte pour que son évolution puisse être suivie "à l'œil nu" ou avec les appareils de mesure courants. C'est-à-dire qu'il est impossible de distinguer des états intermédiaires entre l'état initial et l'état final du système. Par exemple:        La décomposition d'un explosif:        Les réactions de précipitations :        Les réactions acido-basiques :

B) Le suivi cinétique d'une réaction. Le suivi cinétique d'une réaction chimique consiste à suivre l'évolution temporelle d'un système chimique afin de connaître son état à chaque instant. Pour effectuer un suivi cinétique, il faut connaître la quantité de matière ou la concentration d'au moins une espèce chimique participant à la réaction (réactif ou produit) à intervalles de temps réguliers et suffisamment proches.

C) Le temps de demi-réaction Le temps de demi-réaction caractérise la vitesse d'une réaction. Le temps de demi-réaction, noté t1/2, est la durée au bout de laquelle l'avancement x(t1/2) est égal à la moitié de l'avancement final de la réaction xf. REMARQUE: Le temps de demi-réaction peut aussi se définir comme étant la durée au bout de laquelle : La moitié de la quantité de matière initiale du réactif limitant a été consommée. La concentration initiale en réactif limitant a été divisée par deux.

II) Les méthodes de suivi cinétique Les méthodes chimiques Les méthodes chimiques permettent de suivre l'évolution temporelle de la composition du milieu réactionnel de deux manières différentes : La détermination de la quantité de matière (ou de la concentration) d'un réactif limitant (ou d'un produit) par titrage. La séparation des espèces composant le milieu réactionnel par un procédé chimique comme la chromatographie sur couche mince

Les méthodes physiques. Les méthodes physiques reposent sur la mesure d'une grandeur physique proportionnelle à la concentration d'un réactif ou d'un produit à intervalles de temps réguliers. La spectrophotométrie et la conductimétrie sont deux techniques permettant le suivi cinétique par mesure de l'absorbance et de la conductance respectivement.

III) Les facteurs cinétiques Un facteur cinétique est un paramètre physique qui modifie la vitesse d'une réaction chimique. a) La température: En gardant tous les autres paramètres fixes, une augmentation de la température augmente la vitesse de la réaction.

Applications: Un réfrigérateur et un congélateur permettent de ralentir les transformations de dégradation biochimiques des aliments.  On accélère certaines transformations dans l'industrie pour les rendre plus rentables.  On refroidit brutalement certains milieux réactionnels pour "arrêter" certaines transformations (on réalise ainsi ce qu'on appelle une "trempe").

b) La concentration: 𝑆2𝑂32−(𝑎𝑞) +2𝐻+(𝑎𝑞)→𝑆(𝑠)+𝑆𝑂2(𝑎𝑞)+𝐻2𝑂(𝑙) En gardant tous les autres paramètres fixes, mettre un réactif en excès (ou un produit en défaut) augmente la vitesse de la réaction.     𝑆2𝑂32−(𝑎𝑞) +2𝐻+(𝑎𝑞)→𝑆(𝑠)+𝑆𝑂2(𝑎𝑞)+𝐻2𝑂(𝑙) Dans l'exemple ci-contre, la réaction entre les ions thiosulfate et les ions oxonium produit du soufre en suspension qui rend la solution opaque.   A droite la concentration initiale en ions thiosulfate est deux fois plus élevée qu'à gauche.

c) Le solvant: Le solvant peut influer sur la vitesse de réaction en favorisant (ou en défavorisant) le contact entre les réactifs.

d) La catalyse La catalyse est le phénomène par lequel la vitesse d'une réaction peut être grandement augmentée grâce à l'action d'un catalyseur.

Catalyseur Un catalyseur est une espèce chimique susceptible d'accélérer une réaction sans modifier la composition finale du système.  Les métaux comme le platine peuvent augmenter grandement la vitesse de certaines réactions sans intervenir chimiquement dans la réaction.  Si une réaction peut mener à la formation de deux produits différents (ou plus), le catalyseur peut orienter la réaction vers la formation d'un de ces produits. On parle alors de la sélectivité du catalyseur.

Le catalyseur est consommé par les réactifs puis reformé en proportion égale au cours de la réaction. Il ne figure donc pas dans l'équation bilan de la réaction. Le catalyseur modifie les étapes permettant de passer des réactifs aux produits. Il permet, par exemple, de remplacer une réaction lente par 2 rapides. Presque toutes les réactions biochimiques sont catalysées.

Les différents types de catalyse: Voici les trois types de catalyse que l'on peut rencontrer : La catalyse homogène : le catalyseur et les réactifs ne forment qu'une seule phase (liquide ou gazeuse). La catalyse hétérogène : le catalyseur et les réactifs forment deux phases distinctes (le catalyseur est souvent un solide). La catalyse enzymatique : le catalyseur est une macromolécule organique appelée enzyme.

Exemple:  La réaction de décomposition (dismutation) de l'eau oxygénée (ou peroxyde d'hydrogène: H2O2) peut être catalysée par les ions fer (III) en solution aqueuse. Il n'y a qu'une seule phase, la phase aqueuse. L’équation de la réaction s’écrit : 2𝐻2𝑂2 𝐹𝑒3+(𝑎𝑞) 2𝐻2𝑂+𝑂2 La réaction est exothermique. La température étant un facteur cinétique, l’élévation de température provoque un emballement de la réaction ce qui est très visible à la fin de la vidéo.

FIN LM13