Professeur : Mohamed lemine ould Hasnat

Professeur : Mohamed lemine ould Hasnat

III Facteurs cinétiques Les grandeurs qui modifient la vitesse d'évolution d'un système chimique sont appelées facteurs cinétiques. Nous allons étudier successivement l'influence de la concentration des réactifs, de la température et enfin des catalyseurs. 3.1 Concentration En général la vitesse de formation d'un produit augmente si l'on fait croître la concentration des réactifs. En effet, lorsque la concentration initiale de l un au moins des réactifs augmente, la probabilité de chocs efficaces entre ces réactifs ne peut qu augmenter. Applications : Une dilution permet le blocage d une réaction au moment où l on veut faire l analyse du mélange. Dans une réaction non autocatalytique, la vitesse diminue constamment car la concentration des réactifs décroît. Ceci explique l allure de la courbe avec une tangente de moins en moins inclinée. 3.2 Température : En général la vitesse de formation d'un corps augmente avec la température. En effet, lorsque la température s élève, la vitesse d agitation moyenne des réactifs croit. Le nombre de chocs efficaces ne peut qu augmenter. 1

Applications : La trempe consiste en un refroidissement brutal du milieu réactionnel (par exemple avec de la glace). Elle fige le système dans l état où il se trouve et permet d analyser le système dans cet état. La conservation des aliments se fait à basse température. La cuisson des aliments est accélérée dans un autocuiseur car la température y est élevée. Exercice résolu 4 On prépare deux mélanges de compositions suivantes : - Mélange 1 : V = 10 ml d eau oxygénée ou solution peroxyde d hydrogène de concentration c = 0, 5 mol. L 1 et V = 20mL d une solution d iodure de potassium acidifiée de concentration c = 1 mol. L 1. - Mélange 2 : V = 10 ml d eau oxygénée ou solution peroxyde d hydrogène de concentration c = 0, 5 mol. L 1 et V = 20mL d une solution d iodure de potassium acidifiée de concentration c" = 0, 5 mol. L 1. La température des solutions est de 20 C. Une coloration brune apparait au cours du temps dans chaque mélange, plus rapidement dans le premier que dans le second. 1. Écrire l équation de la réaction d oxydoréduction qui se produit dans chaque mélange. 2. Calculer les concentrations initiales en réactifs dans chaque mélange. 3. Interpréter les observations expérimentales. 4. Si, à un moment donné, on avait versé de l eau glacée dans le mélange 1, qu aurait-on observé? Comment s appelle un tel procédé? Solution 1. La réaction d oxydoréduction qui se produit : H O + 2H + 2e 2H O 2

2I I + 2e H 2 O 2 + 2H + 2I 2H 2 O + I 2 2. Dans les deux mélanges : _dans le mélange 1 : [H 2 O 2 ] 0 = [I ] 0 = cv 0,5 10 = V + V 10 + 20 = 1, 7 10 1 mol. L 1 c V V + V = 1 20 10 + 20 = 6, 7 10 1 mol. L 1 _ Dans le mélange 2 : 3. La coloration brune qui apparait est due à la formation de diiode. [I ] 0 = c"v 0,5 20 = V + V 10 + 20 = 3, 3 10 1 mol. L 1 L apparition de diiode est plus rapide dans le mélange 1 que dans le mélange 2 car la concentration initiale en ions iodure est deux fois plus grande dans le mélange 1 que dans le mélange 2. 4. L eau glacée refroidit et dilue ; on fait intervenir simultanément deux facteurs cinétiques : la concentration des réactifs et la température. La coloration aurait cessé d évoluer car la réaction aurait été stoppée. Ce procédé s appelle une trempe chimique. 3.3 Catalyseur Un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d une réaction chimique. Il participe aux étapes intermédiaires mais il est régénéré à la fin de la réaction. 3

3.3.1 Catalyse hétérogène 1. Définition Si le catalyseur n'appartient pas à la même phase que les réactifs la catalyse est hétérogène. 2. Exemple La réaction de synthèse de l'eau à partir du dihydrogène et du dioxygène peut être catalysée par le platine solide (mousse de platine). Les réactifs sont en phase gazeuse et le catalyseur est en phase solide. 2H + O 2H O 3.3.2 Catalyse homogène 1. Définition Si le catalyseur appartient à la même phase que les réactifs la catalyse est homogène. Le liquide H 2 SO 4 catalyse la réaction entre les deux liquides éthanol et acide éthanoïque. 2. Exemple La réaction de décomposition (dismutation) de l'eau oxygénée (ou peroxyde d hydrogène : H 2 O 2 ) peut être catalysée par les ions fer (III) en solution aqueuse. Il n'y a qu'une seule phase, la phase aqueuse. 2H O 2H O + O 4

3.3.3 Catalyse enzymatique Le catalyseur est une enzyme, c'est-à-dire une protéine élaborée par un organisme vivant. Cette catalyse s'apparente à la fois à une catalyse homogène (le catalyseur et les réactifs du milieu biologique ne forment qu'une seule phase aqueuse) et à une catalyse hétérogène (par le mode d'action (présence de site actif)). Exercice résolu 5 L eau de Javel a comme constituant actif l ion hypochlorite ClO qui intervient dans le couple ClO /Cl :E 1 0 = 1, 73 V. 1. Quelle réaction pourrait avoir lieu lorsque l on dilue de l eau de Javel dans l eau pure (l eau intervient dans le couple O 2 /H 2 O : E 2 0 = 1, 23 V)? 2. La réaction entre les ions hypochlorite ClO et les ions cobalt II Co 2 est rapide, de même que la réaction entre les ions cobalt III Co 3 et l eau. Les ions cobalt II peuvent-ils catalyser la réaction? Solution 1. Les deux demi-équations rédox sont : (ClO + 2H + 2e Cl + H O) 2 En sommant les demi-équations on obtient l équation-bilan : 2H O O + 4H + 4e 2ClO 2Cl + O 2 On s attend donc à avoir un dégagement de dioxygène (effervescence). Cette réaction thermodynamiquement possible est cependant très lente puisqu on n observe aucun dégagement gazeux. 5

2. On peut, pour augmenter la vitesse de formation des produits, utiliser un catalyseur judicieusement choisi. La réaction entre les ions hypochlorite ClO et les ions cobalt II Co est rapide. D après les potentiels standards son bilan est : 2 (ClO + 2H + 2Co Cl + H O + 2Co ) (rapide) La réaction entre l eau et les ions cobalt III, rapide également, s écrit : 2H O + 4Co 4Co + O + 4H (rapide) En sommant ces deux réactions rapides on obtient : 2ClO 2Cl + O 2 (rapide) On a donc remplacé une réaction lente par deux réactions plus rapides en présence d ions cobalt II ceux-ci catalysent bien la réaction. Remarque : Il en est de même pour les ions cobalt III qui peuvent être des catalyseurs de cette réaction ; l ordre des réactions sera seulement inversé. 6