cours14-cinetique_ch..

Lycée Joliot Curie à 7
CHIMIE XIV
Classe de Ter S
Cours n°14 « Temps et évolution chimique»
Les compétences à acquérir…
Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour suivre dans le temps une synthèse organique
par CCM et en estimer la durée.
Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour mettre en évidence quelques paramètres
influençant l’évolution temporelle d’une réaction chimique :
concentration, température, solvant.
Déterminer un temps de demi-réaction.
Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour mettre en évidence le rôle d’un catalyseur.
Extraire et exploiter des informations sur la catalyse, notamment en milieu biologique et dans le
domaine industriel, pour en dégager l’intérêt.
Johannes Vermeer (1632-1675), détail de L’Art de la peinture, huile sur toile de 1665-1666
exposée au musée d’Histoire de l’Art de Vienne.
La couronne de laurier ne nous apparaît plus verte mais bleue car le pigment jaune qu’utilisait
Vermeer s’est progressivement transformé. Comment le chimiste peut-il étudier l’évolution de
cette réaction chimique de manière à fournir des renseignements précieux aux historiens
d’art ou aux restaurateurs ?
La cinétique chimique est le domaine de la chimie qui étudie l’évolution temporelle des systèmes chimiques.
I– Evolution temporelle d’un système chimique
1 – Cinétique chimique :
La cinétique chimique est le domaine de la chimie qui étudie l’évolution temporelle des systèmes chimiques.
2- Classification des réactions :
- Transformation rapide :
Une transformation est rapide si ………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Exemple : décomposition d'un explosif, réactions de précipitations et réactions acido-basiques.
- Transformation lente :
C'est une transformation dont l'évolution peut être ……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Remarque : on parle de réaction infiniment lente (système cinétiquement inerte) lorsque l'évolution du
système n'est pas visible après plusieurs jours (exemple : la formation de la rouille).
II- Suivi de l’évolution d’une réaction :
1- Principe général
Une transformation chimique peut être quantitativement suivie à partir de la détermination de l'évolution
dans le temps ………………………………………………………………
Un étude qualitative permet d’identifier les produits formés et de déterminer la fin d’une réaction.
L'avancement est lié aux quantités de matières qui diminuent pour les réactifs ou augmentent pour les
produits jusqu'à atteindre un état final.
La détermination de la quantité de matière d'une espèce chimique au sein du système chimique peut obtenue,
selon sa nature et celles des autres espèces chimiques présentes dans le milieu réactionnel, par des
méthodes physico-chimiques (titrage, CCM, mesure de la conductivité, de l'absorbance, de pH…).
Cours n°14 « Temps et évolution chimique»
Page 1
2- Etude quantitative :
a- Exemple vu en tp
On veut suivre l’évolution temporelle de la réaction entre une solution de peroxodisulfate de sodium
2Na+ + S2O82- de volume V1 = 50.0 mL et de concentration [S2O82-]i =5,0.10-2 mol/L avec une solution de iodure
de potassium K+ +I- de volume V2= 50,0 mL et de concentration [I-]i =5,0.10-1 mol/L
L’équation de la transformation est :
S2O8 2-(aq) + 2 I -(aq) = I2(aq) + 2 SO4 2 -(aq)
Remarque : Le diiode est une espèce chimique colorée
Équation
de la réaction
Etat Initial (mol)
E.t (mol)
Etat Final (mol)
S2O8 2-(aq)
+
2 I -(aq)
=
I2(aq)
+
2 SO4 2 -(aq)
x=…
x
x =xf
La réaction étant totale, déterminez la valeur de l’avancement final xf=xm
A partir de la courbe obtenue expérimentalement, A= f(t) Comment peut-on obtenir la courbe x=f(t) et faire
le calcul de x pour t=6 min.
Cours n°14 « Temps et évolution chimique»
Page 2
b- Temps de demi-réaction t1/2:
Définition :
Le temps de demi-réaction (t1/2) correspond à la durée nécessaire …………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………
Alors, lorsque t = t1/2 on a x = …………………
Méthode de détermination :
L’asymptote horizontale permet de
déterminer xf. En plaçant xf/2, on
peut lire t ½
Déterminez t1/2 sur le graphe :
Sur le graphe, on lit t1/2 = ………..
Intérêt :
Ce temps de demi-réaction nous donne une indication sur …………………… …………………………………………………………………
3- Suivi qualitatif
L’observation du système au cours du temps peut donner des renseignements sur son évolution s’il y a un
changement de couleur, un dégagement gazeux ou encore formation/disparition d’un solide au cours de la
réaction.
Une autre méthode qualitative consiste à réaliser des chromatographies sur couche mince (CCM) à divers
instants. Les taches correspondant aux réactifs disparaissent progressivement, celles correspondant aux
produits apparaissent : la réaction est terminée lorsqu’il n’y a plus d’évolution entre deux plaques successives.
Interprétation rapide :
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Cours n°14 « Temps et évolution chimique»
Page 3
III- Influences sur rapidité de la transformation : Facteurs cinétiques et catalyseurs :
1- Facteurs cinétiques.
a. Définition
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
b-Température
En général, plus la température du milieu réactionnel est élevée, ……………………………………………………………………
Inversement plus la température du milieu est basse plus la transformation est lente et peut même être
bloquée.
Applications :
• Accélérer certaines transformations dans l'industrie pour les rendre plus rentables.
• Refroidir brutalement certains milieux réactionnelspour stopper certaines transformations (cela
s'appelle une "trempe").
• Un réfrigérateur et un congélateur permettent de ralentir les transformations de dégradation
biochimiques des aliments.
• La cuisson des aliments est accélérée dans un autocuiseur car la température y est élevée.
c- Concentration initiale des réactifs
D'une manière générale, plus les concentrations initiales des réactifs sont élevées plus la transformation est
…………………………………
Conséquences :
On peut stopper une réaction par …………………………… à un instant où l’on veut faire l’analyse d'un mélange.
Au cours d'une réaction, la vitesse diminue constamment car la concentration des réactifs ……………………………
…………………………………………………………………
c- Influence des facteurs cinétiques sur la vitesse de réaction v, le temps de demi-réaction et l’état
final :
Considérons 3 cas différents pour la transformation S2O8 2-(aq) + 2 I -(aq) = I2(aq) + 2 SO4 2 -(aq) :
- La transformation est effectuée avec le même état initial mais à une température supérieure T 2= 40°C.
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
- La transformation est effectuée avec le même état initial mais à une température inférieure T3= 15°C.
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
- La transformation est effectuée une température T4 = T2 mais avec une concentration [I-] > c1
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
x (mol)
Dessinez l’allure des courbes 1,2,3 et 4 :
x=f(t)
0,00005
0,000045
0,00004
0,000035
0,00003
0,000025
0,00002
0,000015
0,00001
0,000005
0
0
Cours n°14 « Temps et évolution chimique»
5
10(min)
temps
15
20
Page 4
III- Catalyse
1- Définitions
Un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d’une réaction chimique ………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Une réaction dont la vitesse est contrôlée par la présence d’un catalyseur est dite …………………………………
Le catalyseur intervient dans la réaction mais est retrouvé à l'état final, il n’est pas consommé, c'est
pourquoi il n’apparaît pas dans l’équation.
2- Propriétés de la catalyse
a- Quantité utile de catalyseur
En général, il suffit donc d’une petite quantité de catalyseur pour augmenter la vitesse d’une réaction.
b- Spécificité d’un catalyseur
Il n’existe pas de « catalyseur universel ». Un catalyseur donné ne catalyse pas n’importe quel type de
réaction. On dit qu’un catalyseur est ……………………………………… d’un type de réaction.
c- Influence sur l’état d’équilibre
Lorsqu’une transformation réversible conduit à un état d’équilibre, le catalyseur accélère de la même
manière la réaction directe et la réaction inverse. Il ne modifie donc pas l’état d’équilibre final du système.
d- Rôle cinétique d’un catalyseur :Un catalyseur n’a qu’un rôle cinétique c’est-à-dire qu’il peut accélérer une
réaction spontanée mais il ne peut pas rendre possible une réaction non spontanée.
Trois types de catalyseurs
Cours n°14 « Temps et évolution chimique»
Page 5