Exemples : réaction entre I 2 et S 2 O 3

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1 Résumé proposé par I. Réacions rapides - Réacions lenes 1. Réacions rapides Une réacion es rapide si elle semble achevée dès que les réacifs son en conac. Une réacion rapide se fai quasi insananémen, dés que les réacifs son en conac. Elle es rop coure pour êre suivie à l oeil. Exemples : réacion enre I 2 e S 2 O S 2 O 3 + I2 S 4 O I réacion enre Fe 2+ e MnO - 4 en milieu acide. MnO H 3 O Fe 2+ Mn Fe H 2 O 2. Réacions lenes Une réacion es lene si elle es achevée au bou de quelques secondes ou plus. Elle peu êre suivie à l œil ou avec des appareils de mesure. Une réacion lene peu durer quelques minues à plusieurs jours. Les produis ne se formen que progressivemen. Exemples : réacion enre I - e S 2 O S 2 O I - 2- I SO 4 (Il se forme I 2 qui colore le mélange réacionnel en jaune puis brun de plus en plus foncé, au fur e à mesure que le emps passe.) II- Evoluion d un sysème chimique au cours d une réacion chimique II-1. Evoluion de l avancemen d une réacion. La réacion éudiée es la réacion enre l ion peroxodisulfae e l ion iodure. 2- S 2 O I - 2- I SO 4 La viesse de la réacion peu êre mesurée en suivan la dispariion d'un réacif ou l'appariion d'un produi en foncion de emps. Dans cee expérience, on déermine la quanié de I 2 formée

2 Equaion chimique S 2O I - I SO 4 2- Ea du sysème Avancemen Quanié de maière en mol Ea iniial 0 n 01 n En cours x n 01 - x n 02 -x x 2x Ea final x f n 01 -x f n 02-2x f x f 2x f Au cours d une ransformaion chimique l avancemen x augmene progressivemen au cours du emps enre la valeur iniiale x=0 e une valeur finale x f où les quaniés d espèces chimiques n évoluen plus. II-2. Viesse d une réacion chimique. II-2-1. Viesse moyenne. La viesse moyenne d une réacion chimique pendan un inervalle de emps [ 1, 2 es le rappor de la variaion x de l avancemen enre ces deux daes à la durée correspondane = 2-1. x Vmoy = II-2-2. Viesse insananée. La viesse insananée d une réacion chimique es la limie de la viesse moyenne lorsque l inervalle de emps = 2 1 end vers zéro. Ainsi, la viesse insananée de réacion es égale à la dérivée de l avancemen x par rappor au emps.

3 dx V() = d Déerminaion graphique de la viesse insananée. La viesse insananée de réacion à une dae, correspond graphiquemen à la pene de la angene à la courbe x=f() au poin d abscisse. X B x angene à la courbe à la dae x X A 0 A v( ) = x B B x A A = x B x s exprime en mol (mole) s exprime en s (seconde) v s exprime en mol.s -1. A chaque insan l avancemen x peu êre calculé à parir des quaniés de maière inroduie e celles présenes à l insan considéré. Pour une réacion chimique représenée par l équaion : aa + bb cc + dd Éa du sysème Avancemen iniial 0 n 0( A ) en cours x n0 ( A ) a A + b B c C + d D - ax quanié de maière en mol. n 0 ( B) 0 0 n0 ( B) - bx cx dx

4 final x f n0 ( A ) - ax f n0 - bx f cx f dx f ( B) a,b,c e d son les coefficiens sœchiomériques. L avancemen es donné par : n n n n n n x = = = = a b c d 1 dna 1 dnb 1 dnc 1 dnd v = a A(iniial) A(resan ) B(iniial) B(resan ) C(formé) D(formé) d = b d = + c d = + d Le signe pour les réacifs puisque leur concenraion diminuen avec le emps. Le signe + pour les produis puisque leur concenraion augmenen avec le emps. La viesse volumique de réacion : 1 dx v() = V d V : Le volume du sysème chimique au sein duquel se déroule la réacion Unié : v : mol.l -1.s -1. Déerminaion de la viesse volumique de réacion à parir d une concenraion Soi une réacion chimique représenée par aa + bb cc + dd d [ [ [ [ 1 dx 1 d A 1 d B 1 d C 1 d D v() = = = = = V d a d b d c d d d Concenraion en [D [A 0 1 2

5 La viesse de réacion es oujours posiive, par conre les penes des angenes peuven êre de signes opposés pour les réacifs e pour les produis. III. Principaux faceurs cinéiques [ I 2 Un faceur cinéique es un faceur qui perme de modifier la viesse d une ransformaion chimique. Les principaux faceurs cinéiques : III-1. La concenraion des réacifs : Généralemen, une augmenaion des concenraions des réacifs perme d augmener la viesse de réacion. Exemple :oxydaion des ions iodure par l eau oxygénée + H2 O2 + 2I + 2H3O I2 + 4H2O On mesure la concenraion en diiode dans le milieu réacionnel en foncion du emps : [ H 2 O 2 [I 2 2 [H [I 2 2 O [H 2 O 2 2 [I 2 [I 2 [I 2 [I Au fur e à mesure que le emps passe, la angene à la courbe x = f() se couche de plus en plus sur l horizonale. Donc son coefficien direceur diminue, donc la viesse volumique de réacion diminue. La viesse de réacion diminue quand la concenraion des réacifs diminue. III-2. La empéraure Généralemen plus la empéraure augmene, plus la viesse de réacion augmene. L avancemen final es alors plus rapidemen aein. x θ 2 x GAZZAH MAHMOUD f 4ème sc θ 1

6 [ I 2 θ 1 θ 1 > θ 2 [ H 2 O 2 θ 2 θ 2 θ 1 θ 2 > θ 1 ; v 1 () > v 2 () III-3. Caalyse : 1.Définiion d un caalyseur - C es une espèce chimique qui perme généralemen d augmener la viesse de réacion. - Un caalyseur ne modifie pas le bilan final de la réacion quel que soi sa concenraion (il n es pas consommé par la réacion). - Un caalyseur es spécifique d une réacion ; il peu caalyser ceraines réacions e pas d aures. - L augmenaion de la concenraion d un caalyseur augmene davanage la viesse de réacion. La caalyse es l'acion d'un caalyseur sur une ransformaion chimique. Caalyseur Un caalyseur es une espèce qui augmene la viesse d'une ransformaion, sans figurer dans l'équaion de la réacion e sans modifier la composiion du sysème à l'éa final. 2.Caalyse homogène e caalyse héérogène 1. Caalyse homogène On di d'une caalyse qu'elle es homogène si le caalyseur e les réacifs ne formen qu'une seule phase. Exemple La réacion de décomposiion (dismuaion) de l'eau oxygénée (ou peroxyde d'hydrogène: H 2 O 2 ) peu êre caalysée par les ions fer (III) en soluion aqueuse. Il n' y a qu'une seule phase, la phase aqueuse.

7 2. Caalyse héérogène On di d'une caalyse qu'elle es héérogène si le caalyseur e les réacifs formen plusieurs phases. Exemple La réacion de synhèse de l'eau à parir du dihydrogène e du dioxygène peu êre caalysée par le plaine solide (mousse de plaine). Les réacifs son en phase gazeuse e le caalyseur es en phase solide. 3. Caalyse enzymaique Pour la caalyse enzymaique, le caalyseur es une proéine (enchaînemen d acides aminés)élaborée par un organisme vivan, appelée enzyme. Elle es homogène car les réacifs e le caalyseur son dans la même phase aqueuse ; e héérogène par son mode d'acion ( les réacifs se fixen dans les caviés de la proéine pour réagir) Exemple : L'hydrolyse de l'amidon (C 6 H 10 O 5 ) n en malose (digesion des animaux) es caalysée par l'amylase : (C 6 H 10 O 5 ) n + n H 2 O n C 12 H 22 O 11 amidon malose Dans l'inesin, le malose es lui même hydrolysé en glucose grâce à une aure enzyme, la malase : C 12 H 22 O 11 + H 2 O 2 C 6 H 12 O 6 malose glucose la caalase es une enzyme qui caalyse la dismuaion de H2O2. Pour une concenraion en caalyseur comparable, la viesse de réacion es environ un million de fois plus grande en présence de caalase qu'en présence d'ions fer (III). Remarque :

8 Lorsque l on soigne une plaie à l eau oxygénée, on observe généralemen une légère effervescence : celle-ci es due à la réacion de dismuaion par l eau oxygénée caalysée par les ions fer II (conenu dans le sang). Ainsi on dérui l eau oxygénée, oxique pour l organisme. Propriéés de la caalyse Rôle puremen cinéique du caalyseur Un caalyseur a un rôle puremen cinéique. Cela signifie qu'il ne peu accélérer qu'une réacion qui peu avoir lieu sans lui. Il ne modifie ni le sens d'évoluion d'une ransformaion ni la composiion du sysème à l'éa final. Tou caalyseur d'une réacion dans le sens direc caalyse aussi la réacion en sens inverse (H 3 O + caalyse aussi bien l'esérificaion que l'hydrolyse de l'eser). Sélecivié d'un caalyseur Un caalyseur es sélecif si son acion es spécifique à une réacion.. Cela signifie qu'un sysème peu évoluer différemmen selon le caalyseur uilisé, ou encore, qu'un caalyseur peu oriener une ransformaion chimique. Exemple L'évoluion de l'éhanol lors de son chauffage dépend du caalyseur uilisé. Avec le caalyseur cuivre (Cu), on obien de l'éhanal. Avec le caalyseur alumine (Al 2 O 3 ), on obien de l'éhylène : Imporance économique de la caalyse La plupar des procédés de synhèse indusriels emploien des caalyseurs. Leur uilisaion perme une augmenaion de la viesse de réacion e évie aux enreprises des coûs énergéiques rop imporans. En effe, une hausse de la empéraure du milieu a le même effe cinéique que l uilisaion d un caalyseur. Cependan, le coû d une élévaion de empéraure es neemen plus élevé, c es pourquoi le choix du caalyseur es financièremen plus approprié. L uilisaion d'un caalyseur perme d'abaisser les coûs de producion. Caalyse héérogène e préparaion de l ammoniac : La réacion de préparaion es la suivane : N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)

9 Une augmenaion de la empéraure lors de cee réacion augmenerai la viesse d obenion de l éa d équilibre, mais es défavorable au aux d avancemen de la réacion (le rendemen diminue). Pour rouver un compromis, on uilise un caalyseur, Fe(s), e on ravaille à une empéraure inermédiaire : 450 C.