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COMPRENDRE : Lois et modèles
Chapitre 9 : Temps et évolution chimique :
cinétique et catalyse
Cinétique chimique : La cinétique a pour objet l’étude de l’évolution dans le
temps d’une réaction chimique, c’est-à-dire la durée nécessaire pour que la
réaction passe d’un état initial à un état final.
Transformation lente : Une réaction est lente lorsqu’elle dure de quelques
secondes à plusieurs dizaines de minutes.
Transformation rapide : Une réaction est rapide lorsqu’elle semble achevée dès
que les réactifs entrent en contact.
Suivi temporel : Effectuer le suivi temporel d’une réaction chimique consiste à
connaître à chaque instant l’état du système chimique (avancement, quantité de
matière, concentration d’un réactif ou d’un produit).
Temps de demi-réaction : Noté t1/2, c’est la durée au terme de laquelle
l’avancement x(t1/2) de la réaction est égal à la moitié de l’avancement final xf.
Les paramètres qui modifient la durée d’évolution du système chimique sont
appelés « facteurs cinétiques ».
Température : Une augmentation de la température du milieu réactionnel
diminue la durée d’évolution du système et inversement.
Concentration des réactifs : Une augmentation de la concentration d’au moins
d’un des réactifs diminue la durée d’évolution.
Lorsqu'un des réactifs est solide, la réaction est d'autant plus rapide que la
surface de contact entre les réactifs est importante.
Définition:
Un catalyseur est une espèce qui accélère une réaction chimique, SANS être
consommée par celle-ci.
Le catalyseur n’apparait donc pas dans l’équation bilan.
Catalyse homogène, hétérogène ou enzymatique:
Lorsque le catalyseur et les réactifs sont dans la même état physique alors ils
sont dits homogènes, sinon ils sont dits hétérogènes.
Souvent en biochimie, le catalyseur est une enzyme; la catalyse est enzymatique.
Mode d’action d’un catalyseur:
Soit les deux couples d'oxydoréduction: I2/I- (diiode, iodure) et S2O82-/SO42(peroxodisulfate, sulfate). Dans cette réaction les ions iodure sont oxydés.
Equation chimique: S2O82- + 2 I- = 2 SO42- + I2
Cette réaction est lente et totale à température ordinaire.
Mode d’action d’un catalyseur:
Pour accélérer cette réaction lente on la remplace par 2 réactions rapides.
En présence de l'ion Fe3+ (couples Fe3+/Fe2+), la vitesse de réaction est plus
importante. Il se produit 2 nouvelles réactions.
Au cours de la première : les ions Fe3+ réagissent avec des ions iodure, tandis
qu'au cours de la seconde, l'ion Fe2+ formé à la fin de la première réaction réagit
avec l'ion peroxodisulfate.
Écrire l'équation bilan de ces réactions. Vérifier que ces 2 réactions rapides sont
équivalentes à la réaction lente.
Réponse:
Première équation :
1/2 équation de réduction : ( Fe3+ + 1 e- = Fe2+ ) x 2
1/2 équation d'oxydation: ( 2 I- = I2 + 2 e- ) x 1
Equation chimique : 2 Fe3+ + 2 I- = 2 Fe2+ + I2
Seconde équation :
1/2 équation d’oxydation : ( Fe2+ = Fe3+ + 1 e-) x 2
1/2 équation de réduction : ( S2O82- + 2 e- = 2 SO42- ) x 1
Equation chimique : 2 Fe2+ + S2O82- = 2 Fe3+ + 2 SO42-
Mode d’action d’un catalyseur:
En faisant la somme de la première et de la seconde équation, on obtient :
2 Fe3+ + 2 I- + 2 Fe2+ + S2O82- = 2 Fe2+ + I2+ 2 Fe3+ + 2 SO42On simplifie:
S2O82- +2 I- = 2 SO42- + I2
Les 2 réactions rapides sont identiques à la réaction lente en termes d'équation
bilan ! Un catalyseur permet un passage par plusieurs réactions plus rapides
que le passage direct de la réaction bilan.
Sélectivité d’un catalyseur:
Un même mélange réactionnel peut souvent donner plusieurs réactions
conduisant à la formation de différents produits. Le choix du bon catalyseur
permet d’accélérer UNE réaction spécifique au détriment des autres. On dit que
l’action du catalyseur est spécifique.
Cela consiste à étudier l’évolution temporelle d’un système chimique en
déterminant expérimentalement la relation existant entre l’avancement x du
système et le temps t.
Méthode chimique:
On réalise à intervalle de temps régulier un titrage de la solution obtenue (arrêter
au préalable la réaction en refroidissant brutalement le mélange: faire une
trempe) afin d’obtenir la concentration en produits obtenus pour en déduire
l’avancement x.
Méthode physique:
L’avancement de la réaction est déterminé à partir d’une mesure de grandeurs
telles que l’absorbance de la réaction par spectrophotométrie ou sa conductivité
électrique par conductimétrie.