vitesse de réaction

La cinétique (vitesse de réaction)
Définition
Par vitesse de réaction (v) d’une réaction, on entend la quantité de matière transformée par unité de temps et de volume.
Pour la réaction A + B C + D (1)
on posera donc :
Facteurs déterminant une vitesse de réaction (théorie de la collision)
L’hypothèse la plus simple est que la réaction (1) se produit lorsque les réactifs A et B entrent en collision :
La vitesse d’une réaction dépend essentiellement de trois facteurs : ………………………………………………………
…………………………………………. La théorie de la collision permet d’expliquer aisément cette influence :
– …………………………………………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………………………………………...…
………………………………………………………………………………………………………………………...…
………………………………………………………………………………………………………………………...
– …………………………………………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………………………………………...
– …………………………………………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………………………………………...
En combinant ces trois facteurs, on obtient pour la réaction (1) la relation suivante :
(2)
La réaction est d’ordre partiel …… pour A et d’ordre partiel …… pour B. Globalement, elle est qualifiée d’ordre …… .
Deux remarques essentielles :
1) Il est fondamentalement ……………… de déduire l’équation de la vitesse de réaction à partir de l’équation
stœchiométrique. Seules des mesures permettent de déterminer l’équation effective, qui peut être étonnamment
complexe en fonction des étapes intermédiaires par exemple. La relation (2) n’est introduite ici que comme base de
réflexion.

2) Les réflexions menées dans ce chapitre concernent essentiellement les substances dissoutes dans un solvant ou
les gaz. Pour les solides, l’état de surface joue également un rôle important. En effet, plus la surface de
contact entre le solide et les autres réactifs augmente, plus la vitesse de réaction augmente également.
Ainsi donc, la vitesse de la réaction (1) …………………… constamment au fur et à mesure de l’avancement de la
réaction, puisque ………………………………………………………… . On peut donc tracer grossièrement le graphe
ci-dessous :
Puisque la vitesse de la réaction n’est pas constante mais diminue au fur et à mesure de son avancement, il faut en
déduire que les réactifs A et B diminuent ………………………………………………………………………………… .
De même, les produits C et D sont fabriqués ………………………………………………………………………………
selon le graphe ci-dessous.
Influence de la température sur la constance de vitesse k (loi d’Arrhénius)
La constante de vitesse dépend fortement de la température. Pour un système homogène, la vitesse d’une réaction est
approximativement …………………………. pour chaque augmentation de 10 °C de la température.
On ne peut pas expliquer la forte influence de T sur la constante de vitesse k uniquement par l’augmentation du nombre
de collisions entre les molécules de réactifs, le chimiste suédois Svante Arrhénius a proposé en 1889 l’équation (3) :
(3)
A est appelé ……………………….………… et décrit la probabilité que les réactifs se heurtent avec la bonne position.
Ea est ……………………………………… , autrement dit l’énergie nécessaire au déclenchement de la réaction. Cet
apport d’énergie permet de placer les particules dans un état …………………… , dans un arrangement hautement
…………………… où les liaisons des réactifs sont affaiblies et les liaisons des réactifs partiellement créées.

Pour un processus exothermique, la variation
d’énergie se représente ainsi :
Dans le cas d’un processus endothermique, la
variation d’énergie a l’allure suivante :
Les réactifs (ici A et B) se transforment en produits (C et D) en franchissant une sorte de barrière d’énergie. Plus cette
barrière énergétique est élevée, plus la vitesse de réaction est ………………………. pour une température donnée.
Ainsi donc, l’énergie d’activation correspond à l’aptitude réactionnelle :
Si Ea est ……………… , quasiment toutes les particules qui se rencontrent réagissent. La vitesse de réaction est élevée.
Si Ea est ……………… , très peu de particules qui se rencontrent ont assez d’énergie pour franchir le col. La vitesse de
réaction est faible.
La catalyse
L’ajout de corps étrangers peut modifier l’énergie d’activation, s’ils forment des composés intermédiaires avec les
participants à la réaction.
Les corps qui ……………………………………………………………… (et qui par conséquent augmentent la vitesse
de réaction) se nomment catalyseurs. Un catalyseur se retrouve normalement intact à la fin de la réaction.
Exemple : le dihydrogène H2 et le dioxygène O2 peuvent, en
principe, réagir pour former de l’eau, mais un mélange de ces
deux gaz, n’est apparemment le siège d’aucune réaction à
température ordinaire. Il suffit cependant d’introduire un petit
fragment de platine (préparé, il est vrai, d’une certaine façon)
pour déclencher une réaction violente, très rapide. Il y a eu un
effet de catalyse ; le platine a joué le rôle de ………………….
Attention : n’importe quel catalyseur ne catalyse pas n’importe quelle réaction !
La catalyse enzymatique
La plupart des réactions qui se produisent dans le milieu vivant, et assurent les fonctions vitales et la croissance des
organismes, sont catalysées par des enzymes, des « biocatalyseurs ». Ce sont des protéines, parfois associées à d’autres
substances (coenzymes), de masse molaire très élevées (de quelques milliers à millions de g/mol). Leur action est
caractérisées par :

- une remarquable efficacité : la vitesse de certaines réactions peut être multipliée par un facteur 1010 à des
températures et à des pressions dites « normales ».
- une très grande sélectivité : un enzyme ne catalyse qu’un seul type de réaction (oxydation, réduction, hydrolyse, …)
et souvent limite son action à un seul type de molécules (hydrolyse de la chymotrypsine lors de la digestion), voire à
un seul composé (l’uréase ne catalyse que l’hydrolyse de l’urée). Certains enzymes distinguent les stéréoisomères,
ne transformant par exemple que l’un des énantiomères d’un composé chiral.
Une cellule contient environ 1000 enzymes différentes ; c'est pourquoi de nombreuses étapes de réactions peuvent se
développer simultanément.
Tiré de ghs.gresham.k12.or.us/.../notes/chpt8/chpt8.htm.
Les inhibiteurs
On a parfois intérêt à ce qu’un système résiste autant que possible à toute altération ; c’est par exemple le cas pour les
matières synthétiques comme les plastiques, le caoutchouc, etc. Dans ce but, on ajoute des stabilisateurs (inhibiteurs).
Les stabilisateurs diminuent la vitesse de réaction.
Exemples : 1) agents conservateurs E200 – E297
2) La maladie d’Alzheimer provoque d’importantes lésions au niveau du
cerveau, causées par une
accumulation anormale de
deux protéines : la bêta-
amyloïde et la protéine Tau.
Comme l’accumulation de
ces protéines est contrôlée
par d’autres protéines
appelées kinases, certains
chercheurs ont axé leurs
travaux sur la recherche
d’inhibiteurs susceptibles de bloquer ces dernières.

Importance des mesures expérimentales
Les réactions vues jusqu’ici sont supposées se dérouler « directement », en une seule étape : le choc entre les réactifs
provoque la destruction de certaines liaisons qui sont …………………………… remplacées par de nouvelles liaisons.
Ce type de réaction est appelé …………………………………………… ; la loi de la vitesse se déduit directement des
coefficients de l’équation bilan. Voici quelques exemples :
Equation de la réaction
(= équation stœchiométrique)
Equation de la vitesse de réaction
(en cas de réaction élémentaire)
Désignation
de la réaction
1) A Z
2) A + B Z
3) 2 A Z
En réalité, beaucoup de réactions ne se déroulent pas en une seule étape, suite à la simple collision entre les réactifs. Si
les réactifs d’une équation bilan font intervenir plus de deux particules, il est même extrêmement improbable voire
impossible qu’elles puissent se heurter simultanément. Dans de tels cas, la réaction a lieu en plusieurs étapes
successives, avec formation de produits intermédiaires. Elle est appelée …………………………………………… . La
vitesse de la réaction se trouve alors déterminée par la plus ……………… des étapes.
Ainsi, pour comprendre le mécanisme d’une réaction, il est indispensable de déterminer expérimentalement la loi de la
vitesse. Ne pas le faire revient à admettre que la réaction résulte d’une collision et est du type élémentaire, ce qui n’est
pas forcément le cas. Par exemple, pour la réaction :
NO2+ CO NO + CO2 (4)
on attend un mécanisme élémentaire et donc la loi de la vitesse :
En réalité, des mesures ont montré que :
On comprend donc que la réaction (4) est ……………………… . Elle est le bilan de deux réactions élémentaires
successives :
2 NO2 NO3+ NO
puis NO3+ CO NO2+ CO2
La première étape est considérablement plus lente que la seconde. Elle détermine la vitesse de réaction globale et donc
la loi de la vitesse effectivement mesurée… CQFD !
Résumé
D’une manière générale, on a pour la réaction a A + b B Æ z Z
v = k [c(A)]α . [c(B)]β C’est une réaction d’ordre …………… avec α ne valant pas forcément « a »
et avec β ne valant pas forcément « b ».