Cinétique chimique: Vitesses et Facteurs

• La cinétique chimique, ou cinétique des réactions, étudie les vitesses de réaction, les facteurs qui les influencent et les mécanismes réactionnels.

Vitesse de Réaction

• La vitesse de réaction est la variation de la concentration d'un réactif ou d'un produit en fonction du temps, mesurée en M/s.
• Formule générale: $$Rate = -\frac{\Delta [A]}{\Delta t} = -\frac{\Delta [B]}{\Delta t} = \frac{\Delta [C]}{\Delta t} = \frac{\Delta [D]}{\Delta t}$$
• A et B représentent les réactifs.
• C et D représentent les produits.
• Les crochets indiquent la concentration.

Facteurs Affectant la Vitesse de Réaction

• Concentration des réactifs: Une concentration plus élevée augmente généralement la vitesse de réaction.
• Température: L'augmentation de la température augmente généralement la vitesse de réaction.
• Catalyseurs: Accélèrent les réactions sans être consommés.
• Surface de contact: Pour les réactions hétérogènes, une plus grande surface augmente la vitesse de réaction.
• Pression: L'augmentation de la pression augmente la vitesse de réaction des réactifs gazeux.

Loi de Vitesse

• La loi de vitesse exprime la relation entre la vitesse d'une réaction, la constante de vitesse et les concentrations des réactifs élevées à certaines puissances.
• Pour la réaction générale $$aA + bB \rightarrow cC + dD$$, la loi de vitesse est définie comme $$Rate = k[A]^m[B]^n$$
• k est la constante de vitesse.
• m et n sont les ordres de réaction par rapport à A et B, déterminés expérimentalement.

Ordre de Réaction

• L'ordre de réaction définit l'influence de la concentration d'un réactif sur la vitesse.
• Ordre zéro: La vitesse est indépendante de la concentration du réactif, $$Rate = k$$.
• Premier ordre: La vitesse est directement proportionnelle à la concentration du réactif, $$Rate = k[A]$$.
• Second ordre: La vitesse est proportionnelle au carré de la concentration du réactif, $$Rate = k[A]^2$$.

Demi-Vie

• La demi-vie ($t_{1/2}$) est le temps nécessaire pour que la concentration d'un réactif diminue de moitié.
• Pour une réaction du premier ordre: $$t_{1/2} = \frac{0.693}{k}$$.

Énergie d'Activation

• L'énergie d'activation ($E_a$) est l'énergie minimale requise pour initier une réaction chimique.

Équation d'Arrhenius

• L'équation d'Arrhenius décrit la dépendance de la vitesse de réaction à la température: $$k = Ae^{-\frac{E_a}{RT}}$$
• k est la constante de vitesse.
• A est le facteur pré-exponentiel.
• $E_a$ est l'énergie d'activation.
• R est la constante des gaz parfaits (8.314 J/mol·K).
• T est la température absolue en Kelvin.

Mécanismes Réactionnels

• Un mécanisme réactionnel est la séquence étape par étape des réactions élémentaires qui mènent à un changement chimique global.

Étape Élémentaire

• Une étape élémentaire est une réaction qui se produit en une seule étape.

Étape Déterminante

• L'étape déterminante est l'étape la plus lente du mécanisme réactionnel et détermine la vitesse globale de la réaction.

Catalyse

• La catalyse est le processus d'accélération d'une réaction chimique par l'ajout d'un catalyseur, qui n'est pas consommé dans la réaction.
• Catalyseur homogène: Est dans la même phase que les réactifs.
• Catalyseur hétérogène: Est dans une phase différente de celle des réactifs.