Cinétique Chimique et Équilibre : Principes Essentiels

Cinétique Chimique : Étude de la Vitesse des Réactions

La cinétique chimique traite de l'étude de la rapidité avec laquelle se produisent les réactions chimiques.

Vitesse de Réaction

Pour une réaction homogène (entre gaz réactifs en solution ou entre gaz), la vitesse moyenne est définie comme le rapport entre la variation de la concentration (exprimée en mol/litre) de l'un des réactifs ou des produits et l'intervalle de temps dans lequel cette variation se produit.

La vitesse instantanée est la vitesse que la réaction a à un moment donné.

Énergie d'Activation et Théorie des Collisions

L'énergie minimale requise pour qu'une collision entre réactifs soit efficace et rompe les liaisons nécessaires à la production de la réaction est appelée énergie d'activation.

Équation de Vitesse

L'équation de vitesse est l'équation, déterminée expérimentalement, utilisée pour prédire la dépendance du taux d'une réaction chimique avec les concentrations des réactifs.

Facteurs Influant sur la Vitesse de Réaction

• Nature des Réactifs

  Les substances gazeuses réagissent plus rapidement que les substances en solution, et celles-ci, à leur tour, réagissent plus rapidement que les solides. Une augmentation de la pression totale sur le mélange gazeux augmente la vitesse de réaction. Dans le cas des réactifs solides, la vitesse de réaction augmente avec le degré de division (surface de contact).

• Température de la Réaction

  La relation entre le taux de réaction et la température a été établie par Arrhenius en 1889, par une expression qui relie la constante de vitesse à la température.

• Catalyseurs

  Un catalyseur est une substance qui accélère la réaction sans être consommée dans le processus. Les mécanismes d'action incluent la formation d'un composé intermédiaire ou l'adsorption des réactifs sur sa surface.

Équilibre Chimique : État Dynamique des Réactions

Loi d'Action de Masse

La loi d'action de masse stipule que la constante d'équilibre est le produit des concentrations des produits (élevées à leurs coefficients stœchiométriques) divisé par le produit des concentrations des réactifs (élevées à leurs coefficients stœchiométriques).

Constante d'Équilibre (Kc)

La valeur de la constante d'équilibre Kc est spécifique à chaque réaction chimique. Elle est indépendante des concentrations initiales des réactifs et des produits, et ne dépend que de la température.

Degré de Dissociation

Le degré de dissociation indique la proportion d'un réactif qui a réagi. Il est égal au rapport entre la quantité (exprimée en moles) de réactif qui a réagi et la quantité de réactif de départ.

Quotient de Réaction (Q)

Le quotient de réaction (Q) est défini de la même manière que la constante d'équilibre, mais il utilise les concentrations initiales (ou instantanées) des réactifs et des produits. Il permet de prédire le sens de l'évolution d'une réaction pour atteindre l'équilibre.

Principe de Le Chatelier

Lorsqu'un système à l'équilibre subit un changement de concentration des espèces réactives, de pression ou de température, le système réagit en atteignant un nouvel équilibre qui compense partiellement l'effet de la modification.

Exemples de perturbations et leurs effets :

• Ajout ou suppression d'une espèce à l'état gazeux.
• Ajout d'un gaz inerte, en gardant le volume constant (pas d'effet sur l'équilibre si le volume est constant).
• Changement du volume du système (affecte la pression partielle des gaz).