Cinétique chimique

La cinétique chimique est l’étude de la vitesse des réactions chimiques.

On travaille généralement avec des éléments catalyseurs qui permettent d’accélérer les réactions. On doit également faire l’étude de l’avancement d’une réaction en utilisant notamment le temps de demi-réaction.

Facteurs cinétiques

Souvent, une question de l’épreuve demande de justifier les principaux facteurs cinétiques, qui peuvent influer sur la vitesse d’une réaction. Il y en a trois principaux :

1. En général, l’augmentation de la température augmente la vitesse de réaction chimique. En effet, cela accroît l’agitation des molécules qui se rencontrent plus souvent.

2. La concentration des réactifs est un autre facteur, lorsqu’elle diminue, la vitesse diminue également.

3. Utilisation d’un catalyseur (voir ci-dessous).

Vocabulaire spécifique

Catalyseur

Molécule, qui, en petite quantité, accélère la vitesse d’une réaction chimique. Elle revient à sa forme à l’issue de la réaction. La catalyse est le phénomène par l’utilisation d’un catalyseur.

Trempe

Procédé consistant à plonger la solution dans un mélange d’eau et de glace avec une température proche de 0°C. Cela permet de stopper la réaction.

Etudier l’avancement d’une réaction

Avancement de la réaction $x$

On introduit la variable x, qui est le nombre de moles évoluant dans le temps.

On note $x_f$, l’avancement final et $x_{max}$ l’avancement maximale lorsque la réaction est totale (le réactif est consommé entièrement).

• Pour une réaction totale : $x_f=x_{max}$
• Pour une réaction partielle : $x_f<x_{max}$

Taux d’avancement final $\tau$

$$\tau=\frac{x_f}{x_{max}}$$

Il s’agit d’un rendement permettant de mesurer l’efficacité d’une réaction. C’est le rapport du nombre de moles final observé sur le nombre de moles maximal théorique.

La réaction est totale lorsque $\tau=1$

Pour une réaction acido-basique, on remarquera que $\displaystyle{\tau=\frac{10^{-pH}}{c.V}}$

Vitesse volumique de la réaction (en $mol.l^{−1}.s^{−1}$)

$$v=\frac{1}{V}.\frac{dx}{dt}$$

Temps de demi-réaction $t_{1/2}$

Le temps de demi-réaction $t_{1/2}$ correspond au temps nécessaire pour que l’avancement soit parvenu à la moitié de sa valeur finale ($\frac{x_f}{2}$).

Temps nécessaire pour que la concentration d’un réactif ait diminué de moitié.

Annexes utilisées

L’épreuve du BAC comporte souvent ces deux documents en annexe qu’il faut souvent compléter soi-même.

Courbe d’évolution d’avancement dans le temps

1. Analyser la courbe ?
   La vitesse est donnée par le coefficient directeur de la courbe (dx/dt).
   On constate que la vitesse diminue avec le temps, car la tangente s’aplatit. L’évolution de la vitesse volumique tend à

2. Déterminer graphiquement le temps de demi-réaction ?
   Repérer la valeur xmax/2 et prendre la position correspondante comme sur le schéma ci-dessus.

Tableau d’évolution d’une réaction chimique

On demande parfois de compléter un tableau d’évolution du système avec les notations du sujet.

Note : il faut utiliser les notations de l’énoncé, par conséquent, pour la quantité de mol à l’état initial, si on vous donne n, mettez n. Sinon mettez c.V. On rappelle que n=C.V