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Lycée
Terminale

Evolution temporelle d'une transformation chimique

Chimie

Définition

Cinétique chimique
La cinétique chimique étudie l'évolution temporelle d'un système chimique. On distingue trois types de transformations chimiques d'un point de vue cinétique : - rapide : l'état final est atteint en quelques dixièmes de secondes - lente : la durée d'évolution varie de quelques secondes. à quelques jours - infiniment lente : la réaction chimique est à ce point lente qu'elle ne semble pas se produire, elle s'étale de quelques années à plusieurs millions d'années.
Facteurs cinétiques
Un facteur cinétique est un paramètre ajustable qui permet de modifier la vitesse de réaction. les trois principaux facteurs cinétiques sont : - la température : l'agitation des entités chimiques permet d'augmenter le nombre de chocs efficaces. - la concentration des réactifs : la fréquence des chocs augmente, car les entités par unité de volume sont plus nombreuses. - l'utilisation d'un catalyseur
Catalyseur
Un catalyseur est une espèce chimique dont la présence dans le milieu réactionnel permet d'augmenter la vitesse de réaction, mais qui n'apparaît pas dans l'équation bilan. Il permet simplement de faciliter la mise en contact des réactifs.
Vitesse d'une transformation chimique
La vitesse d'une transformation chimique est la grandeur qui permet de mesurer les variations de la concentration des espèces présentes dans le milieu réactionnel.
  • vitesse volumique d'apparition :

La vitesse volumique d'apparition d'un produit P à l'instant t est définie par :


  • vitesse volumique de disparition :

La vitesse volumique de disparition d'un réactif R à l'instant t est définie par :


Les vitesse de formation et d'apparition pour les espèces chimiques présentes dans le système ne sont pas égales, mais proportionnelles suivant les égalités :


  • temps de demi-réaction :

C'est la durée au bout de laquelle l'avancement atteint la moitié de l'avancement final :

Lors d'une transformation totale, c'est aussi la durée nécessaire pour que la moitié de la quantité de matière du réactif limitant ait été consommée.

détermination graphique du temps de demi-réaction

  • Loi de vitesse d'ordre 1 :


Considérons la réaction : aA + bB --> cC + dD

Elle suit une loi de vitesse d'ordre 1 par rapport au réactif A (si B est en excès ou le solvant) si la vitesse volumique de disparition de A est proportionnelle à la concentration en A :

soit


De cette égalité découle une équation différentielle linéaire du premier ordre :

de sa résolution :

A retenir :

Pour vérifier que la vitesse de disparition d'un réactif A suit une loi de vitesse d'ordre 1 :

  • la courbe de concentration de CA en fonction de t CA(t) est modélisable par une fonction exponentielle
  • la courbe de lnCA(t) est modélisable par une droite de pente a = k
  • Vd = kCA
  • t1/2 = ln2/k : le temps de demi-réaction dépend de la constante de vitesse et non à la concentration du réactif.