Physique-Chimie · terminale speGratuit

Chapitre 2 — Évolution temporelle d'une transformation chimique — cinétique

L'essentiel en 30 secondes

La cinétique chimique étudie la vitesse des réactions. La vitesse volumique de réaction $v(t)$ mesure $à$ quelle vitesse les concentrations changent. Elle dépend de la température, de la concentration des réactifs et éventuellement d'un catalyseur. Le temps de $demi-réaction t_1/_2$ est le temps pour que l'avancement atteigne la moitié de sa valeur finale. Un catalyseur accélère la réaction sans être consommé.

Notions clés

Vitesse volumique de réaction: Grandeur v(t) qui mesure l'évolution temporelle de l'avancement par unité de volume. Elle est toujours positive.
Temps de demi-réaction t₁/₂: Durée au bout de laquelle l'avancement x atteint la moitié de sa valeur finale xf.
Catalyseur: Espèce qui augmente la vitesse de réaction sans apparaître dans l'équation bilan. Il est régénéré en fin de réaction.
Facteurs cinétiques: Paramètres qui influencent la vitesse de réaction : température, concentration des réactifs, catalyseur.

Formules

Vitesse volumique de réaction

v(t) = \dfrac{1}{V} \cdot \dfrac{\text{d}x}{\text{d}t}

Condition : v en mol·L⁻¹·s⁻¹ ; V = volume de la solution en L ; x = avancement en mol

Lien vitesse – concentration d'un réactif

v(t) = -\dfrac{1}{\nu_i} \cdot \dfrac{\text{d}[R_i]}{\text{d}t}

Condition : $νᵢ =$ coefficient stœchiométrique (en valeur absolue) du réactif $Rᵢ$

Définition du temps de demi-réaction

x(t_{1/2}) = \dfrac{x_f}{2}

Condition : xf = avancement final

A retenir

La vitesse v(t) est la pente de la tangente à la courbe x(t) divisée par V. Elle diminue généralement au cours du temps.
Le temps de demi-réaction se lit graphiquement : on cherche t tel que x = xf/2.
Un catalyseur ne modifie ni l'état final ni l'avancement final : il fait juste arriver plus vite au même résultat.

Erreurs classiques

Erreur : Confondre vitesse de réaction et vitesse de disparition d'un réactif.

Correction : La vitesse de disparition de $Rᵢ$ est $-d[Rᵢ]/dt$ . La vitesse volumique $v(t)$ tient compte du coefficient stœchiométrique : $v = (-1/νᵢ)·d[Rᵢ]/dt$ .

Erreur : Penser que $t_1/_2$ correspond $à$ la moitié de la durée totale de la réaction.

Correction : $t_1/_2$ est le temps pour atteindre la moitié de l'avancement FINAL, pas la moitié de la durée.

Erreur : Dire qu'un catalyseur « participe » à la réaction.

Correction : Un catalyseur intervient dans le mécanisme réactionnel mais est intégralement régénéré : il n'apparaît pas dans l'équation bilan.

Astuce méthode

Pour déterminer $v(t)$ graphiquement, trace la tangente $à$ la courbe $x(t)$ au point voulu, mesure sa pente $\Delta x/\Delta t$ , puis divise par $V$ . Utilise un triangle le plus grand possible pour limiter l'imprécision.