Dépendance à la température

Cinétique chimique

La vitesse de réaction est la vitesse à laquelle une réaction chimique se produit. La vitesse de réaction est définie comme le changement de concentration d’un composant dans la réaction avec le temps. La vitesse d’une réaction dépend de plusieurs facteurs, dont la concentration des réactifs et la température à laquelle la réaction est effectuée. Chaque réactif contribue à la vitesse de la réaction par un facteur spécifique. Cette relation est définie par la loi de la vitesse de réaction.

Loi sur les tarifs

La loi de vitesse est une équation qui décrit la relation entre la concentration des réactifs, A et B, et leurs ordres de réaction, m et n. La constante de vitesse, k, relie les concentrations et les ordres des réactifs à la vitesse de réaction. Elle dépend de la réaction comme de la température à laquelle la réaction est effectuée.

r = k [A]^m[B]ⁿ pour aA + bB → cC

Équation d’Arrhenius

L’équation d’Arrhenius relie la constante de vitesse de réaction à l’énergie d’activation d’une réaction chimique. L’énergie d’activation est définie comme la quantité d’énergie dont une réaction chimique a besoin pour se dérouler. Si une réaction ne répond pas à cette exigence d’énergie d’activation, la réaction n’aura pas lieu.

Kotz, J.C., Treichel Jr, P.M., Townsend, J.R. (2012). Chimie et réactivité chimique. Belmont, Californie : Brooks/Cole, Cengage Learning.

La mesure de la vitesse à laquelle une réaction se déroule s’appelle la vitesse de réaction. La vitesse d’une réaction chimique est définie par la loi de vitesse, qui décrit la relation entre la vitesse de la réaction et les concentrations de réactifs. Dans cette équation, k est la constante de vitesse, A et B sont les deux réactifs, et m et n sont leurs ordres de réaction respectifs.

La constante de vitesse convertit la relation en unités de taux appropriées, moles par litre par seconde. Ainsi, la constante de vitesse a des unités différentes, en fonction de l’ordre global de la réaction. Cependant, la constante de vitesse a plus d’importance que la simple conversion d’unités. La constante de vitesse est liée à la quantité minimale d’énergie nécessaire pour qu’une réaction chimique se produise - appelée énergie d’activation.

Dans une réaction, les réactifs sont à un état initial d’énergie potentielle. Au fur et à mesure que la réaction se poursuit, elle doit surmonter une certaine énergie potentielle, l’énergie d’activation, avant d’atteindre son état final. L’énergie nette de la réaction est la différence entre l’état initial et l’état final. Cette différence peut être négative, c’est-à-dire que la réaction libère de l’énergie, ou positive, c’est-à-dire qu’elle absorbe de l’énergie.

S’il n’y a pas assez d’énergie disponible pour surmonter l’énergie d’activation, la réaction n’aura pas lieu. Dans certains cas, l’énergie peut être fournie sous forme de chaleur. Cela fournit de l’énergie supplémentaire pour surmonter la barrière à l’activation, et la réaction peut se dérouler. Un catalyseur peut également être ajouté, ce qui fournit une autre voie d’énergie d’activation inférieure entre les réactifs et les produits.

Les catalyseurs ne sont pas consommés dans la réaction et, par conséquent, n’affectent pas l’énergie nette de la réaction. L’énergie d’activation est déterminée expérimentalement, et elle est liée à la constante de réaction k par l’équation d’Arrhenius où A est le facteur pré-exponentiel ou de fréquence, R est la constante universelle des gaz et T est la température absolue à laquelle la réaction se produit.

À partir de cette équation, nous savons que l’augmentation de la température de réaction ou la diminution de l’énergie d’activation augmente la constante de vitesse. Pour en revenir à l’équation de la loi de vitesse, il s’ensuit qu’une constante de vitesse plus élevée entraîne une vitesse de réaction plus élevée. Cela a du sens car à mesure que la température augmente, les molécules se déplacent plus rapidement et entrent en collision plus fréquemment, ce qui entraîne une augmentation de la fraction de molécules ayant une énergie supérieure à l’énergie d’activation.

Dans cet atelier, vous apprendrez à mesurer expérimentalement l’énergie d’activation d’une réaction en utilisant la décomposition du peroxyde d’hydrogène comme réaction modèle.