Cinétique chimique

Objectif

Décrire l'évolution temporelle d'un système chimique et identifier les facteurs qui accélèrent une transformation.

1. Vitesse volumique de réaction

Pour une espèce X de nombre stœchiométrique algébrique ν : v = (1/ν)·d[X]/dt, en mol·L⁻¹·s⁻¹.

Graphiquement, la vitesse est le coefficient directeur de la tangente à la courbe [X] = f(t). Elle est maximale à t = 0 (réactifs les plus concentrés) et tend vers 0 quand le réactif limitant est consommé.

2. Les facteurs cinétiques

Facteur	Effet	Explication microscopique
Température	↑ T ⇒ ↑ v	chocs plus fréquents et plus énergétiques
Concentration	↑ c ⇒ ↑ v	plus de chocs efficaces par unité de volume
Surface de contact	poudre > morceau	plus de sites de réaction
Solvant, pression (gaz)	modifie v	modifie la mobilité des entités

Règle empirique de Van't Hoff : une hausse de 10 °C multiplie souvent la vitesse par 2 à 3. Le refroidissement brutal (trempe) bloque une réaction : c'est ce qui permet de « figer » un mélange avant dosage.

3. Temps de demi-réaction

Le temps de demi-réaction t½ est la durée au bout de laquelle l'avancement atteint la moitié de sa valeur finale. Il sert d'ordre de grandeur : une transformation est considérée terminée après environ 7 t½.

Pour une cinétique d'ordre 1, A = [A]₀·e^(−kt) et t½ = ln2/k : t½ est alors indépendant de la concentration initiale. Exemple : élimination du paracétamol dans le sang, t½ ≈ 2 h, d'où une prise toutes les 6 heures.

4. Catalyse

Un catalyseur augmente la vitesse sans figurer dans le bilan et sans modifier l'état final : il ouvre un chemin réactionnel d'énergie d'activation plus faible.

• Catalyse homogène : catalyseur et réactifs dans la même phase (ions H⁺, Fe³⁺).
• Catalyse hétérogène : phases différentes (pot catalytique platine/rhodium des automobiles).
• Catalyse enzymatique : très sélective, active à 37 °C et à pH physiologique (amylase, catalase).

5. Méthode de suivi expérimental

Selon les espèces présentes, on suit : la conductivité (ions), l'absorbance avec la loi de Beer-Lambert A = ε·ℓ·c (espèce colorée), la pression (dégagement gazeux) ou le pH. On trace ensuite [X] = f(t), puis on exploite les tangentes.

À retenir

• v = pente de la tangente à la courbe de concentration.
• T, concentration et surface de contact sont les facteurs cinétiques majeurs.
• t½ = ln2/k pour un ordre 1.
• Un catalyseur abaisse l'énergie d'activation, jamais l'état final.