Fiche de physique

CHIMIE - Partie 1 : La transformation d'un système chimique est-elle toujours rapide ?

CINÉTIQUE CHIMIQUE

I. Réactions rapides - Réactions lentes

1. Réactions rapides

Une réaction rapide se fait quasi instantanément, dès que les réactifs sont en contact.

Exemples :

réaction entre I₂ et S₂O₃^2-

réaction entre H₂O₂ et MnO₄^- en milieu acide.

2. Réactions lentes

Une réaction lente peut durer quelques minutes à plusieurs jours.
Les produits ne se forment que progressivement.

Exemple : réaction entre I^- et S₂O₈^2-.
Il se forme I₂ qui colore le mélange réactionnel en jaune puis brun de plus en plus foncé, au fur et à mesure que le temps passe.

3. Réactions infiniment lentes ou bloquées

Le système chimique ne semble pas évoluer au cours du temps. La réaction peut durer plusieurs mois ou plusieurs années
(exemple : formation de la rouille).

II. Vitesse de réaction

1. Vitesse volumique de réaction

Définition :

À la date t₁, la vitesse volumique $v$ d'une réaction se déroulant dans un volume V constant est la valeur de la dérivée par rapport au temps t de l'avancement x de la réaction, divisée par le volume V :
$v_{t_1} = \dfrac{1}{\text{V}}.$\dfrac{d\text{x}}{d\text{t}}$_{t_{1}}$

2. Détermination de la vitesse volumique de réaction

Pratiquement, on ne dispose pas de la fonction x(t). On a une série de points expérimentaux qui permettent de tracer la courbe x = f(t).

La valeur de la dérivée par rapport au temps t de l'avancement x, pour t = t₁, est donnée par le coefficient directeur de la tangente à la courbe x = f(t) au point A₁ de la courbe d'abscisse t₁

$v_{t_1} = \dfrac{1}{\text{V}}$ .coefficient directeur de la tangente de la courbe x = f(t) au point A₁ d'abscisse t₁.

3. Évolution de la vitesse volumique de réaction

Soit t₂ > t₁.
coefficient directeur de (T₂) < coefficient directeur de (T₁)
1/V = cte

$v_{t_2} = \dfrac{1}{\text{V}}$ .coefficient directeur de (T₂)

$v_{t_1} = \dfrac{1}{\text{V}}$ .coefficient directeur de (T₁)
donc $v_{t_2} < v_{t_1}$ .

Au fur et à mesure que le temps passe, la tangente à la courbe x = f(t) se couche de plus en plus sur l'horizontale.
Donc son coefficient directeur diminue, donc la vitesse volumique de réaction diminue.

III. Temps de demi-réaction

1. Définition

Le temps de demi-réaction, noté $t_{\frac{1}{2}}$ , est la durée nécessaire pour que l'avancement x de la réaction soit égal à la moitié de sa valeur limite.
$\text{x}$t_{\frac{1}{2}}$ = \dfrac{1}{2}.\text{x}_{\text{limite}}$

2. Pratiquement

On lit la courbe x = f(t) si la réaction est totale x_limite = x_max.
Cinétique chimique : image 3

V. Étude d'un cas : réaction entre I^- et S₂O₈^2-

On mélange une solution (K⁺ + I^-) de concentration C₁ et de volume V₁ avec
une solution (2Na⁺ + S₂O₈^2-) de concentration C₂ et de volume V₂.

L'équation de la réaction lente étudiée est 2I^- + S²O₈^2- fleche

I₂ + 2SO₄^2-.

On peut éventuellement tracer un tableau d'avancement de cette réaction lente.
Ici, l'avancement de la réaction est x = n(I₂).
et [I₂] = n(I₂)/V = concentration molaire du diiode dans le mélange réactionnel.
V = V₁ + V₂ = volume du mélange réactionnel = cte.

Finalement, $\displaystyle $\dfrac{d\text{x}}{d\text{t}}$_{t_{1}} = $\dfrac{d\text{n}(I_{2})}{d\text{t}}$_{t_{1}} = $\dfrac{d([I_2].\text{V})}{d\text{t}}$_{t_{1}}$
or V = cte, d'où

vt₁ = $\displaystyle \dfrac{1}{\text{V}} .\text{V}. $\frac{d[I_{2}]}{d\text{t}}$_{t_{1}}$
vt₁ = $\displaystyle $\dfrac{d[I_{2}]}{d\text{t}}$_{t_{1}}$

CONCLUSION : la vitesse volumique de réaction à la date t₁ est la valeur de la dérivée de la concentration molaire du diiode par rapport au temps t.

Merci à gbm

pour avoir contribué à l'élaboration de cette fiche

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