Facteurs cinétiques d'une réaction chimique
Certaines réactions chimiques sont rapides ( réactions acido-basiques, réactions d'oxydo-réduction en solution aqueuse ou en phase liquide).
D'autres sont lentes ( digestion, formation de la rouille, du vert-de-gris... ). Il nous faudra un critère pour juger de cette plus ou moins grande rapidité.
La cinétique chimique étudie la vitesse des réactions chimiques.
A - Expérience préliminaire:
La réaction étudiée est la dismutation, en milieu acide, à température ambiante, des ions thiosulfate
espèce chimique qui est à la fois l'oxydant du couple
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( couple 1 ) |
et le réducteur du couple
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( couple 2 ) |
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1/2 équation électronique du couple 1 |
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1/2 équation électronique du couple 2 |
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Bilan global:
Toutes ces espèces chimiques sont incolores sauf le soufre qui est jaune et insoluble.
Nous avons donc un observable ( la couleur ), pour juger de l'avancement de la transformation.
Le soufre S diminue progressivement la limpidité ( ou augmente l'absorbance ) de la solution et rend la croix tracée sous chaque bécher de moins en moins visible.
Le dioxyde de soufre SO2 est un gaz irritant de masse molaire M = 1 x 32 + 2 x 16 = 64 g.mol-1. Plus dense que l'air (masse molaire 29 g.mol-1) SO2 a une densité par rapport à l'air d = M / 29 = 64/29 ---> d = 2,2.
Mode opératoire:
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3 croix sont tracées sous les béchers.
Dans les 3 béchers identiques on verse 20 mL d'une solution d'acide chlorhydrique molaire ( 1 M ).
Ensuite on verse, dans 3 autres béchers, 20 mL d'une solution de thiosulfate de sodium Na2S2O3 de concentrations
0,2 mol.L-1; 0,1 mol.L-1; 0,05 mol.L-1, la concentration décroissant de gauche à droite.
Enfin on procède au mélange simultanément et on déclenche le chronomètre. Le volume total est le même ( 40 mL ) dans les 3 béchers et la hauteur de solution est donc la même.
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t ~10 s |
t ~ 1 min |
t ~ 3 min |
On juge du degré d'avancement de la réaction à la transparence (ou son inverse: l'absorbance) du milieu réactionnel.
On peut procéder à la transformation chimique en plaçant les 3 béchers sur la vitre d'un rétroprojecteur.
La réaction est plus rapide avec des concentrations plus élevées d'un réactif.
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Note: Le volume réactionnel total était le même.
On pouvait s'en douter: pour qu'il y ait réaction, il faut que les particules (molécules, ions, atomes) se rencontrent. Plus elles sont concentrées, plus elles ont des chances de se rencontrer.
B - Influence de la concentration d'un (et d'un seul) réactif:
La réaction étudiée, à température ambiante, a pour partenaires l'eau oxygénée H2O2 et une solution d'iodure de potassium KI
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Bilan global: |
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Toutes ces espèces chimiques sont incolores sauf le diiode formé qui colore la solution jusqu'à la rendre brun-rouge. L'observable est encore la couleur.
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3 béchers du haut: 15 mL d'eau oxygénée H2O2 à 0,06 mol.L-1 |
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3 béchers du bas: solutions d'iodure de potassium KI à 0,4 mol.L-1 |
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5 mL +30 mL d'eau distillée |
15 mL + 20 mL d'eau distillée |
30 mL + 5 mL d'eau distillée |
Le volume total après mélange est identique et égal à 50 mL.
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La réaction est d'autant plus rapide que la concentration est grande.
La couleur finale est la même dans les 3 béchers ---> quantité de matière finale de diiode identique.
C - Influence de la température:
C'est la même réaction que précédemment avec des concentrations constantes de réactifs.
Dans 3 béchers plaçons (de g. à d.) de la glace pilée, de l'eau froide du robinet et de l'eau chaude du robinet.
Dans chaque bécher disposons un couple de tubes à essai, l'un contenant 10 mL d'eau oxygénée acidifiée de concentration 0,06 mol.L-1 et l'autre 5 mL de solution d'ions iodure I-, de concentration 0,4 mol.L-1.
Les réactifs, d'abord séparés, sont mis en température quelques minutes.
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A un top convenu, on mélange simultanément chaque couple de tubes à essai de chacun des 3 béchers et on déclenche, en même temps, le chronomètre.
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t ~ 10 s |
t ~ 1 min |
t ~ 20 min |
La vitesse de la réaction augmente avec la température.
On peut "geler" une réaction en trempant ( faire une trempe ) le réacteur dans la glace et procéder, par exemple, à un titrage.
On pouvait s'en douter car un échauffement augmente le chaos moléculaire et rend les chocs plus violents donc plus facilement suivis d'une réaction chimique.
Dans un réfrigérateur, à la température d'environ 4 °C, les réactions chimiques de dégradation des aliments sont ralenties de même que la prolifération des bactéries.
A - 18 °C, dans un congélateur, cette prolifération est pratiquement stoppée.
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